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@@。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@@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@@。
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@@：
- 条状电容@@(单位@@：pF)；
- 条状电感@@(单位@@：nH)；
- 特征阻抗@@(单位@@：Ω)；
- ε=介电常数@@；
- 焊盘@@宽@@度@@；
- 焊盘@@长度@@；焊盘@@和下方参考平面之间的@@距离@@@@；
- 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@@@@。
1、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)。
2、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@@。
3、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@@。
来源@@：微波射频网@@@@
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