搞定高频信号传输，这样设计SMT焊盘

发布时间:2024-10-04 11:52:22

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。一旦阻抗失配或不连续现象，一部分信号被反射回发送端，剩余部分电磁波将继续被传输到接收端。

信号反射和衰减的程度取决于阻抗不连续的程度，相关文章: 画PCB板时阻抗设计的重要性。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。

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。

在如下图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。这种现象可以用下方公式(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。

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。

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：

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。

分析交流耦合电容的SMT焊盘效应

在EMPro中建立一个具有中等损耗基板的SMT的3D模型，其中一对微带差分走线长2英寸、宽5mil，采用单端模式，与其参考平面距离3.5mil，这对走线从30mil宽SMT焊盘的一端进入，并从另一端引出。

图4和图5分别显示了仿真得到的TDR和插损图。

参考平面没有裁剪的SMT设计造成的阻抗失配是12Ω，插损在20GHz时为-6.5dB。一旦对SMT焊盘下方的参考平面区域进行了裁剪(其中“d ”设为10mil)，失配阻抗就可以减小到2Ω，20GHz时的插损减小到-3dB。

进一步增加“d ”会导致条状电感超过电容，从而引起电感不连续性，转而使插损变差(即-4.5dB)。

分析B2B连接器的SMT焊盘效应

在EMPro中建立一个B2B连接器的SMT焊盘的3D模型，其中连接器引脚间距是20mil，引脚宽度是6mil，焊盘连接到一对长5英寸、宽5mil，采用单端模式的微带差分走线，走线距其参考平面3.5mil。

SMT焊盘的厚度是40mil，包括连接器引脚和焊锡在内的这个厚度几乎是微带PCB走线厚度的40倍。

铜厚度的增加将导致电容的不连续性和更高的信号衰减。这种现象可以分别由图6和图7所示的TDR和插损仿真图中看出来。

通过裁剪掉SMT焊盘正下方适当间距“d ”(即7mil)的铜区域，可以最大限度地减小阻抗失配。

小结

本文的分析证明，裁剪掉SMT焊盘正下方的参考平面区域可以减小阻抗失配，增加传输线的带宽。

SMT焊盘与内部参考铜箔之间的距离取决于SMT焊盘的宽度，以及包括连接器引脚和焊锡在内的SMT焊盘有效厚度。在条件允许的情况下，PCB投产之前应先进行3D建模和仿真，确保构建的传输通道具有良好的信号完整性。信号完整性相关文章推荐：信号反射问题与相关电路设计技巧。

文章来源于:单片机与嵌入式原文链接

本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系，我们将立即进行删除处理。

平台入驻

我们与500+贴片厂合作，完美满足客户的定制需求。为品牌提供定制化的推广方案、专属产品特色页，多渠道推广，SEM/SEO精准营销以及与公众号的联合推广...详细>>

利用葫芦芯平台的卓越技术服务和新产品推广能力，原厂代理能轻松打入消费物联网（IOT）、信息与通信（ICT）、汽车及新能源汽车、工业自动化及工业物联网、装备及功率电子...详细>>

闲置物料合作

充分利用其强大的电子元器件采购流量，创新性地为这些物料提供了一个全新的窗口。我们的高效数字营销技术，不仅可以助你轻松识别与连接到需求方，更能够极大地提高“闲置物料”的处理能力,通过葫芦芯平台...详细>>

我们的目标很明确：构建一个全方位的半导体产业生态系统。成为一家全球领先的半导体互联网生态公司。目前，我们已成功打造了智能汽车、智能家居、大健康医疗、机器人和材料等五大生态领域。更为重要的是...详细>>

我们深知加工与定制类服务商的价值和重要性，因此，我们倾力为您提供最顶尖的营销资源。在我们的平台上，您可以直接接触到100万的研发工程师和采购工程师，以及10万的活跃客户群体...详细>>

凭借我们强大的专业流量和尖端的互联网数字营销技术，我们承诺为原厂提供免费的产品资料推广服务。无论是最新的资讯、技术动态还是创新产品，都可以通过我们的平台迅速传达给目标客户...详细>>

我们不止于将线索转化为潜在客户。葫芦芯平台致力于形成业务闭环，从引流、宣传到最终销售，全程跟进，确保每一个potential lead都得到妥善处理，从而大幅提高转化率。不仅如此...详细>>