改進(jìn)高頻信號(hào)傳輸中的SMT焊盤設(shè)計(jì)

　　在高頻領(lǐng)域，信號(hào)或電磁波必須沿著具有均勻特征阻抗的傳輸路徑傳播。當(dāng)遇到了阻抗失配或不連續(xù)現(xiàn)象時(shí)，一部分信號(hào)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?hào)反射和衰減的程度取決于阻抗不連續(xù)的程度。當(dāng)失配阻抗幅度增加時(shí)，更大部分的信號(hào)會(huì)被反射，接收端觀察到的信號(hào)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(huì)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(hào)，在到達(dá)具有更寬銅箔(如0603封裝的30mil寬)的SMT焊盤時(shí)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(jìn)而給傳輸通道的特征阻抗帶來(lái)電容不連續(xù)性，即負(fù)的浪涌。

　　圖1 沒(méi)有裁剪過(guò)參考平面的PCB側(cè)視圖

　　圖2 裁剪過(guò)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(shí)應(yīng)插入微型縫合過(guò)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(hào)返回路徑，避免EMI輻射問(wèn)題。

　　圖3 裁剪過(guò)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(guò)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(zhǎng)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(guò)TDR和插損分析完成上述概念的驗(yàn)證。分析是通過(guò)在EMPro軟件中建立SMT焊盤3D模型，然后導(dǎo)入Keysight ADS中進(jìn)行TDR和插損仿真完成的。