[求教]SMA焊盘的设计

若华110

   在做直插SMA头（straight jack receptacle surface mount ）焊盘设计的时候,焊接上SMA头之后都会出现很大的容性（低至25欧姆）。表层微带线（传输10G-12G信号）控制阻抗50欧姆，SMA头50欧姆，但是焊接上后一到此SMA头处阻抗锐减到25。
   关于此板设计和SMA头参数描述如下：
4 [  l1 x! C5 E: I
0 I& x/ F) _, H  板厚1.6mm；SMA头孔为通孔，无背钻

SMA头型号为emerson连接器 142-0711-201. 信号脚直径50mil，长度50mil。  SMA头资料：https://cinchconnectivity.com/OA_HTML/ibeCCtpItmDspRte.jsp?sitex=10020:22372:ZHS&item=4253326
( o  w+ u( W% E' ~" {) \( [
6 @# r; i7 E. N* U 请问：1.SMA头焊盘的过孔阻抗应该如何控制？ 过孔的参数pad 、drill、antipad直径应该控制多少？板厚已定1.6mm，当然此板厚可调整至1.2mm，重新修改叠层。
4 r8 i% t$ p) t$ {  ]# Q           2. 如何保证SMA头信号针插进孔之后的阻抗仍为50欧姆？
           3.信号从微带线到SMA头内同轴信号针到设备，其实焊盘孔内的信号针长度的一段相对于stub.此stub的长度由板厚或者SMA头信号针的长度决定。
1 Q; r# m4 c: ~! T0 \' Y
  求各位大神详细解答！
不甚感激！
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@于争 @cousins @Coziness_yang @stupid @shg_zhou @shark4685 @jomvee
! X/ s1 c' \* h) e  M

Head4psi

FYR,
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cousins

若华110 发表于 2015-3-19 15:00
关于第4点SMA头插针插进去之后对阻抗的影响，您给出的答案是影响很小。我不明白为什么。  本来是一个 ...

关于第4点SMA头插针插进去之后对阻抗的影响，您给出的答案是影响很小。我不明白为什么。  本来是一个过孔。插进去之后不就差不多变成一个铜柱了么。
4 q1 g* _3 K: k$ a8 [
6 B0 I% T1 T4 M: ^1 _: j) a2 L-->多余的公式我就不讲了。你可以这样想象一下，环形和实心状的过孔通过其中心的电磁场的矢量会有很大的区别吗？如果你用过HFss就清楚，有时在保证一定精度的情况下，过孔会等效为实心，12边体，用以大大减少仿真时间。仿真软件软件如此设计一定是有依据的。
& ?5 g# E3 i3 h- n, q

关于4个GND VIA的影响具体怎么影响我不知道。GND VIA数量和位置是固定的，这个由SMA尺寸决定的。我们可以修改的是GND VIA的pad、antipad、和厚度。 关于这个三个参数如何具体影响不知道。  因为这不是普通一条传输线换层时候打孔。

-->所以这时候仿真会有一定的参考性。

关于SMA头的特征阻抗指的就是里面同轴部分的，这点可以确定吧？我不清楚。为什么说裸露在外面的那部分对阻抗影响很小。实际上信号会经过这部分（此时这部分在信号via内）。 或者说当10Gbps时候50mil的stub可以容忍？是这样的意思么？
4 S' t: P+ f: v1 ?! t# Y
1 X1 h% M# ]9 Y( O7 [: u-->我不敢把话说得太满，但是我所用过的SMA裸露的那部分与对接的头连接较好的情况下，阻抗影响是可以忽略的。
0 l' o% l9 w; U  k8 O

若华110

cousins 发表于 2015-3-19 10:03
很有幸被点名回答问题。以下几点是个人愚见，有不同意见欢迎拍砖：

( Y/ k6 r: \+ S  T2 j第一个问题：我无法给出精确的答案， ...

7 f/ Q8 h) J% `7 F感谢您的悉心回答。可能是没有上传SMA头 和PCB说明吧，可能你对问题还不了解。
$ @/ G" w' Y8 ^* o8 @1 W
1.SMA头固定了，即表示焊盘的GND孔的数量  位置固定了。  个人以为GND VIA（也就是SMA头四个GND针）的封装尺寸不影响中间信号针的阻抗？至于其他的影响 我不知道。   
" S  x! ^# g7 Q
1 ?+ t6 u" D  i* [' M2.关于数据手册上说的SMA头的特征阻抗50欧姆，其实我不理解。 SMA头的50欧姆阻抗应该指的里面的同轴部分的特征阻抗吧？ 而外面有50mil长度的部分是裸露在空气中的。
! q7 ^( b0 o, w; |

1 t- W) w+ t  E8 R3.单纯的对于一个过孔的阻抗如何近似估算，在10gbps的速率下。用理想传输线的根号下L/C对么？ 那L和C又分别对应的其模型的哪种L和C呢？  难道只是将其看为集总参数的LC？     也就是说 不用L  C矩阵  ，不仿真（或者你们仿真后的经验值），有什么经验值么？
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4.即使信号via控制50欧姆了，但是SMA头的信号针插进去之后还是50欧姆么？  


, s/ k. M# N1 ]5 d( j4 _( K; E4.关于信号流向： 理想的传输路径是信号沿着微带线到SMA头信号VIA处，然后穿过SMA头到外面的线缆。 而实际上存在stub。


2 g/ H2 S3 M! R' G# ^@cousins @Coziness_yang @shark4685 @shg_zhou @stupid @于争 @forevercgh  @Xuxingfu @yuxuan51 @ bluekent @wenjiwei

shark4685

占个位置，楼主先把图贴上了来。

cousins

很有幸被点名回答问题。以下几点是个人愚见，有不同意见欢迎拍砖：
( V$ F, P. z5 j/ [4 h* [: t* j
7 N3 g, P& x/ s9 O第一个问题：我无法给出精确的答案，高精度的仿真是必要的。控制的方法你问题里已经给出了。补充一点：地孔靠近信号孔的位置以及数量也会有影响，对于不同信号，这个地孔起的微弱的感容特性不一样。
+ F& P' p. f7 c& Y$ |第二个问题：公头母头的传输线结构都是满足50ohms控制要求的，无缝对接上后一定会在50ohms+/-tolerance之内。
9 ^* J) N% E% e" R; k第三个是什么问题？我猜测你是想知道是板厚决定还是信号针决定。是共同决定。对于测试设备来讲，一定会考虑探针长度的影响，多出来的stub在测试的带宽内的影响应该是可以忽略的。

红孩儿

围观下，期待大神出马。

若华110

SMA头的尺寸 和PCB示意图如附件所示

感谢各位大牛支持

cousins

若华110 发表于 2015-3-19 12:51
感谢您的悉心回答。可能是没有上传SMA头 和PCB说明吧，可能你对问题还不了解。
, p- d0 R7 ~+ v, @0 [, d* _
4 |3 {0 b( H/ ^1.SMA头固定了，即表示 ...

过孔的阻抗估算，你应该关心的是过孔的特征阻抗。如果仅仅是电源的过孔还比较好估算。
( u' `2 s0 Y( Z" l' p3 V4 U) s+ p$ ]; |然而对于10gbps来讲这个过孔的特征阻抗很敏感，因为过孔本身就有比较多不规则的地方，工艺上的过孔本身就是一个不规则的类梯形形状的横截面。过孔的钻孔大小，反焊盘大小，长度，边缘地孔的位置都会对其造成影响，所以比较难估算。可能有估算的公式，但是我没去关注过，因为对于高速数字信号来讲，带宽往往都是上G的，跨度比较大在不同频率下体现的容感特性都不同，可能某种结构用TDR看是容，随便变一点点尺寸就变成了感性。只能说越短的过孔感性变化或者容性变化越小。 所以你要算过孔的特征阻抗，我没办法给出手动计算的方法，也许有，希望其他大神补充。至于过孔的模型，不能用均匀传输线的模型，因为过孔本身就是不均匀的而且还会有损耗，这种高速信号下sqrt(L/C)不适用。。
* _; M! J# P  W) W8 Y* u

若华110

cousins 发表于 2015-3-19 13:16
, g5 H: W! t% T) n  a) I* e0 }( y过孔的阻抗估算，你应该关心的是过孔的特征阻抗。如果仅仅是电源的过孔还比较好估算。
7 k& M7 ?) Q' f/ G+ A然而对于10gbps来 ...

  谢谢指导！
  其他几个问题麻烦解答。
" z5 p; ~9 ~: B; J) B  谢谢。
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shark4685

若华：

, w; e; L, V  r7 ]+ i/ W关于信号流向： 理想的传输路径是信号沿着微带线到SMA头信号VIA处，然后穿过SMA头到外面的线缆。 而实际上存在stub。

, x- }9 k! R& A+ \( m* T  Q. O这个stub在哪里，没太明白。

若华110

shark4685 发表于 2015-3-19 14:02
( J4 ?' b# G, N" E) N若华：

关于信号流向： 理想的传输路径是信号沿着微带线到SMA头信号VIA处，然后穿过SMA头到外面的线缆。 ...

. U/ L! [% {8 b4 U8 } 信号只需要沿着微带线（表层）   到    SMA头和PCB过孔（即SMA头信号脚通孔）接触处   再到SMA头内部的同轴芯    。
% ^8 d/ Z0 c- X+ Z) ?但是，在  SMA头和PCB过孔（即SMA头信号脚通孔）接触处   有一部分信号针不是插入到PCB中了么，这段长度就是信号针的长度或者PCB板厚。

cousins

若华110 发表于 2015-3-19 12:51
感谢您的悉心回答。可能是没有上传SMA头 和PCB说明吧，可能你对问题还不了解。

. X8 C* B& }' l4 t( I1.SMA头固定了，即表示 ...

4.即使信号via控制50欧姆了，但是SMA头的信号针插进去之后还是50欧姆么？  

-->特征阻抗不会变的。你所担心的探针插入对阻抗的影响很小。
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# y3 {; u1 m7 @) X1 | 4.关于信号流向： 理想的传输路径是信号沿着微带线到SMA头信号VIA处，然后穿过SMA头到外面的线缆。 而实际上存在stub。
9 M, K4 U, }8 ?8 ?
可以的话，做s参数的de-embedding吧，借助ADS也好，matlab也好。
1 k3 |; J& i, T# M+ O
2 D" N) E8 r  D, R' T1.SMA头固定了，即表示焊盘的GND孔的数量  位置固定了。  个人以为GND VIA（也就是SMA头四个GND针）的封装尺寸不影响中间信号针的阻抗？至于其他的影响 我不知道。
* T6 G+ R' l) p7 @* B   
-->不是封装的GND via，是信号过孔附近的GND via会有影响。有些时候某些位置地孔少些会比地孔很多性能要好，当然这是非常依赖于你的带宽范围的，不是通用的。 这是以前做我们以前做demo板对比得到的一个经验，不过具有局限性。
0 ]* b: L0 A$ S" q2 [& r
2.关于数据手册上说的SMA头的特征阻抗50欧姆，其实我不理解。 SMA头的50欧姆阻抗应该指的里面的同轴部分的特征阻抗吧？ 而外面有50mil长度的部分是裸露在空气中的。
' D2 f$ _  a( a: {9 c. {
+ Z' D2 v  X& w# d* n-->那裸露出来的部分在规格书里所写明的频率带宽内，对阻抗的影响很小的。因为没有什么相移。

jj9981

学习

若华110

cousins 发表于 2015-3-19 14:12
3 q- [0 A' z5 t* G! R$ R- C  P1 p4.即使信号via控制50欧姆了，但是SMA头的信号针插进去之后还是50欧姆么？  
* n* T' b, }( z
-->特征阻抗不会变的。你 ...

    关于第4点SMA头插针插进去之后对阻抗的影响，您给出的答案是影响很小。我不明白为什么。  本来是一个过孔。插进去之后不就差不多变成一个铜柱了么。

     关于4个GND VIA的影响具体怎么影响我不知道。GND VIA数量和位置是固定的，这个由SMA尺寸决定的。我们可以修改的是GND VIA的pad、antipad、和厚度。 关于这个三个参数如何具体影响不知道。  因为这不是普通一条传输线换层时候打孔。

    关于SMA头的特征阻抗指的就是里面同轴部分的，这点可以确定吧？我不清楚。为什么说裸露在外面的那部分对阻抗影响很小。实际上信号会经过这部分（此时这部分在信号via内）。 或者说当10Gbps时候50mil的stub可以容忍？是这样的意思么？

若华110

红孩儿 发表于 2015-3-19 10:16
# y! F. `9 E% z8 C7 Y: n! ~围观下，期待大神出马。

1 _$ `/ S9 m& h8 i" e* F, C$ C期待各位大神出谋划策。
感谢前辈的指导！

若华110

jj9981 发表于 2015-3-19 14:21
; [, e  x* K' E- s学习

期待各位大神指导。