[求教]SMA焊盘的设计

若华110 · 发表于 2015-3-19 09:40

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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：

  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

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。
         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。

  求各位大神详细解答！
不甚感激！

@于争 @cousins @Coziness_yang @stupid @shg_zhou @shark4685 @jomvee

Head4psi · 发表于 2015-3-22 21:38

FYR,

cousins · 发表于 2015-3-19 16:50

若华110 发表于 2015-3-19 15:00! s$ {3 Z3 ?& P- r
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。

-->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。

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？

-->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。

若华110 · 发表于 2015-3-19 12:51

本帖最后由若华110 于 2015-3-19 13:04 编辑

cousins 发表于 2015-3-19 10:03
5 H& d$ n4 ?* u7 `& Y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：
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第一个问题：我无法给出精确的答案， ...

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。

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。

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。

3.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？

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？

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。

@cousins @Coziness_yang @shark4685 @shg_zhou @stupid @于争 @forevercgh  @Xuxingfu @yuxuan51 @ bluekent @wenjiwei

shark4685 · 发表于 2015-3-19 09:58

占个位置，楼主先把图贴上了来。

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：

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。
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。
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 · 发表于 2015-3-19 10:16

围观下，期待大神出马。

若华110 · 发表于 2015-3-19 12:36

SMA头的尺寸和PCB示意图如附件所示

感谢各位大牛支持

cousins · 发表于 2015-3-19 13:16

若华110 发表于 2015-3-19 12:51
0 T" e9 Y9 j3 [" X7 H: l, \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。# }! l, I. U |9 t# u7 u& h! j

$ {& t, i2 W5 p6 ]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。
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。。

若华110 · 发表于 2015-3-19 13:49

cousins 发表于 2015-3-19 13:16/ j, I0 d. v, P0 c
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。
4 m% L) _+ b) X& f, I4 ]& @然而对于10gbps来 ...

  谢谢指导！
  其他几个问题麻烦解答。
  谢谢。

shark4685 · 发表于 2015-3-19 14:02

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。而实际上存在stub。

这个stub在哪里，没太明白。

若华110 · 发表于 2015-3-19 14:10

shark4685 发表于 2015-3-19 14:028 o3 C# y7 d A1 s
若华：7 z8 \- j1 _# h$ p7 ]7 G

( _3 ?" Q& R: a. c1 p& `$ R/ F9 L0 \8 H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。 ...

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。
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 · 发表于 2015-3-19 14:12

若华110 发表于 2015-3-19 12:51
' u9 s( f0 f; x" n/ E d* {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。
# F8 D& t3 M% B9 f- B/ D! U' U
" C' T4 D7 n+ o$ B x1.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。

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。

可以的话，做s参数的de-embedding吧，借助ADS也好，matlab也好。

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。

-->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。

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。

-->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 · 发表于 2015-3-19 14:21

学习

若华110 · 发表于 2015-3-19 15:00

cousins 发表于 2015-3-19 14:12
2 F0 q/ l( o v! p$ O3 e4.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？ / Z, ~# D* a$ V: ^ w
$ {/ ^* m3 R9 n8 U3 l! H2 C& H
-->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 · 发表于 2015-3-19 15:02

红孩儿发表于 2015-3-19 10:16
+ J$ O: o- t% i- M# x L围观下，期待大神出马。

期待各位大神出谋划策。
感谢前辈的指导！

若华110 · 发表于 2015-3-19 15:03

jj9981 发表于 2015-3-19 14:21
7 R: ^ C( a; O9 P# F学习

期待各位大神指导。

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