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改进高频信号传输中的SMT焊盘设计解析
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2017-11-28
害羞客
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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。当遇到了阻抗失配或不连续现象时，一部分信号将被反射回发送端，剩余部分电磁波将继续传输到接收端。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。
图1 没有裁剪过参考平面的PCB侧视图
图2 裁剪过参考平面的PCB侧视图
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。
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。
图1 没有裁剪过参考平面的PCB侧视图
图2 裁剪过参考平面的PCB侧视图
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。
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