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。

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。

高频信号传输PCB板的SMT焊盘设计

图4 交流耦合电容的SMT焊盘效应:仿真得到的TRD图

高频信号传输PCB板的SMT焊盘设计

图5 交流耦合电容的SMT焊盘效应:仿真得到的插损图

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。

高频信号传输PCB板的SMT焊盘设计

图6 B2B连接器的SMT焊盘效应:仿真得到的TDR图

高频信号传输PCB板的SMT焊盘设计

图7 B2B连接器的SMT焊盘效应:仿真得到的插损图

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。