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汽車主板3

產品分類:汽車SMT產品

型號:C06L112121

板材:聯茂IT180A
板厚:1.6±0.16mm

尺寸:77.2mm*108.1mm

最小焊盤間距:0.15mm

最小焊盤大?。?.25mm

表面處理:沉金

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產品簡介

INTRODUCTION

在高頻領域,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現象時,一部分信號將被反射回發送端,剩余部分電磁波將繼續傳輸到接收端。信號反射和衰減的程度取決于阻抗不連續的程度。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性。這種現象可以用式(1)和式(2)解釋。銅箔的橫截面積或寬度的增加將增大條狀電容,進而給傳輸通道的特征阻抗帶來電容不連續性,即負的浪涌。

 

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為了盡量減小電容的不連續性,需要裁剪掉位于SMT焊盤正下方的參考平面區域,并在內層創建銅填充,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性。同時應插入微型縫合過孔,用于在原始參考平面和內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。

 

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

條狀電容(單位:pF);

條狀電感(單位:nH);

特征阻抗(單位:Ω);

ε=介電常數;

焊盤寬度;

焊盤長度;

焊盤和下方參考平面之間的距離;

焊盤的厚度。

相同概念也可以應用于板到板(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, 然后導入Keysight ADS中進行TDR和插損仿真完成的。

分析交流耦合電容的SMT焊盤效應

在EMPro中建立一個具有中等損耗基板的SMT的3D模型,其中一對微帶差分走線長2英寸、寬5mil,采用單端模式,與其參考平面距離3.5mil,這對走線從30mil寬SMT焊盤的一端進入,并從另一端引出。20150329034216585.jpg

 

 

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圖4和圖5分別顯示了仿真得到的TDR和插損圖。參考平面沒有裁剪的SMT設計造成的阻抗失配是12Ω,插損在20GHz時為-6.5dB。一旦對SMT焊盤下方的參考平面區域進行了裁剪(其中“d ”設為10mil),失配阻抗就可以減小到2Ω,20GHz時的插損減小到-3dB。進一步增加“d ”會導致條狀電感超過電容,從而引起電感不連續性,轉而使插損變差(即-4.5dB)。

分析B2B連接器的SMT焊盤效應

在EMPro中建立一個B2B連接器的SMT焊盤的3D模型,其中連接器引腳間距是20mil,引腳寬度是6mil,焊盤連接到一對長5英寸、寬5mil,采用單端模式的微帶差分走線,走線距其參考平面3.5mil。SMT焊盤的厚度是40mil,包括連接器引腳和焊錫在內的這個厚度幾乎是微帶PCB走線厚度的40倍。

 

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銅厚度的增加將導致電容的不連續性和更高的信號衰減。這種現象可以分別由圖6和圖7所示的TDR和插損仿真圖中看出來。通過裁剪掉SMT焊盤正下方適當間距“d ”(即7mil)的銅區域,可以最大限度地減小阻抗失配。

小結

本文的分析證明,裁剪掉SMT焊盤正下方的參考平面區域可以減小阻抗失配,增加傳輸線的帶寬。SMT焊盤與內部參考銅箔之間的距離取決于SMT焊盤的寬度以及包括連接器引腳和焊錫在內的SMT焊盤有效厚度。在PCB投產之前應先進行3D建模和仿真,確保構建的傳輸通道具有良好的信號完整性。

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