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改进高频信号传输中的SMT焊盘设计

发布时间:2020-02-03 05:23:06 阅读: 来源:车床厂家

在高频领域,信号或电磁波必须沿着具有均匀特征阻抗的传输路径传播。当遇到了阻抗失配或不连续现象时,一部分信号将被反射回发送端,剩余部分电磁波将继续传输到接收端。信号反射和衰减的程度取决于阻抗不连续的程度。当失配阻抗幅度增加时,更大部分的信号会被反射,接收端观察到的信号衰减或劣化也就更多。

本文引用地址:阻抗失配现象在交流耦合(又称隔直)电容的SMT焊盘、板到板连接器以及电缆到板连接器(如SMA)处经常会遇到。

在如图1所示的交流耦合电容SMT焊盘的案例中,沿着具有100Ω差分阻抗和5mil铜箔宽度的PCB走线传播的信号,在到达具有更宽铜箔(如0603封装的30mil宽)的SMT焊盘时将遇到阻抗不连续性。这种现象可以用式(1)和式(2)解释。铜箔的横截面积或宽度的增加将增大条状电容,进而给传输通道的特征阻抗带来电容不连续性,即负的浪涌。

图1 没有裁剪过参考平面的PCB侧视图

图2 裁剪过参考平面的PCB侧视图

为了尽量减小电容的不连续性,需要裁剪掉位于SMT焊盘正下方的参考平面区域,并在内层创建铜填充,分别如图2和图3所示。这样可以增加SMT焊盘与其参考平面或返回路径之间的距离,从而减小电容的不连续性。同时应插入微型缝合过孔,用于在原始参考平面和内层新参考铜箔之间提供电气和物理连接,以建立正确的信号返回路径,避免EMI辐射问题。

图3 裁剪过参考平面的PCB顶视图

但是,距离“d”不应增加得太大,否则将使条状电感超过条状电容并引起电感不连续性。式中:

C =条状电容(单位:pF);

L =条状电感(单位:nH);

Zo =特征阻抗(单位:Ω);

ε=介电常数;

w =SMT焊盘宽度;

l =SMT焊盘长度;

d =SMT焊盘和下方参考平面之间的距离;

t =SMT焊盘的厚度。

相同概念也可以应用于板到板(B2B)和电缆到板(C2B)连接器的SMT焊盘。

下面将通过TDR和插损分析完成上述概念的验证。分析是通过在EMPro软件中建立SMT焊盘3D模型,然后导入Keysight ADS中进行TDR和插损仿真完成的。

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