改進高頻信號傳輸中的SMT焊盤設(shè)計

　　在高頻領(lǐng)域，信號或電磁波必須沿著具有均勻特征阻抗的傳輸路徑傳播。當遇到了阻抗失配或不連續(xù)現(xiàn)象時，一部分信號將被反射回發(fā)送端，剩余部分電磁波將繼續(xù)傳輸?shù)浇邮斩?。信號反射和衰減的程度取決于阻抗不連續(xù)的程度。當失配阻抗幅度增加時，更大部分的信號會被反射，接收端觀察到的信號衰減或劣化也就更多。

　　阻抗失配現(xiàn)象在交流耦合(又稱隔直)電容的SMT焊盤、板到板連接器以及電纜到板連接器(如SMA)處經(jīng)常會遇到。

　　在如圖1所示的交流耦合電容SMT焊盤的案例中，沿著具有100Ω差分阻抗和5mil銅箔寬度的PCB走線傳播的信號，在到達具有更寬銅箔(如0603封裝的30mil寬)的SMT焊盤時將遇到阻抗不連續(xù)性。這種現(xiàn)象可以用式(1)和式(2)解釋。銅箔的橫截面積或?qū)挾鹊脑黾訉⒃龃髼l狀電容，進而給傳輸通道的特征阻抗帶來電容不連續(xù)性，即負的浪涌。

　　圖1 沒有裁剪過參考平面的PCB側(cè)視圖

　　圖2 裁剪過參考平面的PCB側(cè)視圖

　　為了盡量減小電容的不連續(xù)性，需要裁剪掉位于SMT焊盤正下方的參考平面區(qū)域，并在內(nèi)層創(chuàng)建銅填充，分別如圖2和圖3所示。這樣可以增加SMT焊盤與其參考平面或返回路徑之間的距離，從而減小電容的不連續(xù)性。同時應(yīng)插入微型縫合過孔，用于在原始參考平面和內(nèi)層新參考銅箔之間提供電氣和物理連接，以建立正確的信號返回路徑，避免EMI輻射問題。

　　圖3 裁剪過參考平面的PCB頂視圖

　　但是，距離“d”不應(yīng)增加得太大，否則將使條狀電感超過條狀電容并引起電感不連續(xù)性。式中：

　　C =條狀電容(單位：pF);

　　L =條狀電感(單位：nH);

　　Zo =特征阻抗(單位：Ω);

　　ε=介電常數(shù);

　　w =SMT焊盤寬度;

　　l =SMT焊盤長度;

　　d =SMT焊盤和下方參考平面之間的距離;

　　t =SMT焊盤的厚度。

　　相同概念也可以應(yīng)用于板到板(B2B)和電纜到板(C2B)連接器的SMT焊盤。

　　下面將通過TDR和插損分析完成上述概念的驗證。分析是通過在EMPro軟件中建立SMT焊盤3D模型，然后導(dǎo)入Keysight ADS中進行TDR和插損仿真完成的。