信(xin)號(hao)反(fan)射(she)和(he)衰(shuai)減(jian)的(de)程(cheng)度(du)取(qu)決(jue)於(yu)阻(zu)抗(kang)不(bu)連(lian)續(xu)的(de)程(cheng)度(du)。當(dang)失(shi)配(pei)阻(zu)抗(kang)幅(fu)度(du)增(zeng)加(jia)時(shi)，更(geng)大(da)部(bu)分(fen)的(de)信(xin)號(hao)會(hui)被(bei)反(fan)射(she)
，接(jie)收(shou)端(duan)觀(guan)察(cha)到(dao)的(de)信(xin)號(hao)衰(shuai)減(jian)或(huo)劣(lie)化(hua)也(ye)就(jiu)更(geng)多(duo)。

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。銅箔的橫截麵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，即負的浪湧。

為了盡量減小電容的不連續性，需要裁剪掉位於SMT焊盤正下方的參考平麵區域，並在內層創建銅填充，分別如圖2和圖3所示。這樣可以增加SMT焊(han)盤(pan)與(yu)其(qi)參(can)考(kao)平(ping)麵(mian)或(huo)返(fan)回(hui)路(lu)徑(jing)之(zhi)間(jian)的(de)距(ju)離(li)，從(cong)而(er)減(jian)小(xiao)電(dian)容(rong)的(de)不(bu)連(lian)續(xu)性(xing)。同(tong)時(shi)應(ying)插(cha)入(ru)微(wei)型(xing)縫(feng)合(he)過(guo)孔(kong)
，用(yong)於(yu)在(zai)原(yuan)始(shi)參(can)考(kao)平(ping)麵(mian)和(he)內(nei)層(ceng)新(xin)參(can)考(kao)銅(tong)箔(bo)之(zhi)間(jian)提(ti)供(gong)電(dian)氣(qi)和(he)物(wu)理(li)連(lian)接(jie)，以(yi)建(jian)立(li)正(zheng)確(que)的(de)信(xin)號(hao)返(fan)回(hui)路(lu)徑(jing)，避(bi)免(mian)EMI輻射問題。

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並引起電感不連續性。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；

w =SMT焊盤寬度；

l =SMT焊盤長度；

d =SMT焊盤和下方參考平麵之間的距離；

t =SMT焊盤的厚度。

相同概念也可以應用於板到板(B2B)和電纜到板(C2B)連接器的SMT焊盤。

下麵將通過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， 然後導入Keysight ADS中進行TDR和插損仿真完成的。
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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
，與其參考平麵距離3.5mil，這對走線從30mil寬SMT焊盤的一端進入
，並從另一端引出。

圖4和圖5分別顯示了仿真得到的TDR和插損圖。參考平麵沒有裁剪的SMT設計造成的阻抗失配是12Ω

，插損在20GHz時為-6.5dB。一旦對SMT焊盤下方的參考平麵區域進行了裁剪(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，走線距其參考平麵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。

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。

結語

本文的分析證明，裁剪掉SMT焊盤正下方的參考平麵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於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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