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标题: [求教]SMA焊盘的设计 [打印本页]
作者: 若华110    时间: 2015-3-19 09:40
标题: [求教]SMA焊盘的设计
   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。
% [3 @5 K- R8 W   关于此板设计和SMA头参数描述如下：3 h; B5 R' ^8 b- }  t! j: ^" S

+ p9 F# P4 Y- Z4 O' j  板厚1.6mm；SMA头孔为通孔，无背钻. \7 Q7 [4 l5 f/ K" p
2 F$ l% g6 |: A. r+ G1 B' O
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
, ]; L" `5 {! k
- L* B* e/ F6 g 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。
" U7 Z! s3 o) ?! c; Y7 [           2. 如何保证SMA头信号针插进孔之后的阻抗仍为50欧姆？
2 X& I0 F3 D7 G2 I; U           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。
- P. e$ V9 ?. S6 w! j; K- X3 e( j2 ~- O5 q
  求各位大神详细解答！
5 y5 a& P  L# I: ] 不甚感激！  z$ i/ E5 w$ {$ F3 l" [

! ?* M, Z# V' `+ S@于争 @cousins @Coziness_yang @stupid @shg_zhou @shark4685 @jomvee
8 \6 D% a% s/ \- B# f% j& t
作者: shark4685    时间: 2015-3-19 09:58
占个位置，楼主先把图贴上了来。
作者: cousins    时间: 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：
# [* f7 y8 d! \; h' _7 Y; j# t
! w5 z/ |+ a& s* J8 k& _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。
2 q  U" b7 x6 r1 m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。0 e0 ^9 s$ u1 {9 y9 Y( H! K6 F" e* B, g
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。/ u. a2 t9 n9 H7 G+ L; K
作者: 红孩儿    时间: 2015-3-19 10:16
围观下，期待大神出马。
作者: 若华110    时间: 2015-3-19 12:36
SMA头的尺寸 和PCB示意图如附件所示! p4 {0 @, Z8 o) X( C9 c. q* I
% G3 y: A3 M1 u. }2 T9 e8 r
感谢各位大牛支持

11.jpg (7.2 KB, 下载次数: 0)

11.jpg

22.png (13.22 KB, 下载次数: 0)

22.png

SMA142-0711-201.pdf

749.56 KB, 下载次数: 22, 下载积分: 威望 -5

作者: 若华110    时间: 2015-3-19 12:51
本帖最后由 若华110 于 2015-3-19 13:04 编辑 ( `1 y7 t8 P  Z8 z& c+ P" r: \5 K
cousins 发表于 2015-3-19 10:03( m! ?& j' a7 E# |, h+ x
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：
- B2 b" E. i5 L: e& D0 Z+ p& }. ~" G$ X
第一个问题：我无法给出精确的答案， ...
0 O  q. C* ]' ]; ~4 |2 s
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。
2 ]" u9 m! t3 E7 m* [; W' w* ]# W" @' }2 d
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。    ) h( _4 y; Q. \. D$ n% r; U  \
/ k' R5 s: t3 j
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 i/ i4 S( p9 C9 D' N, E
1 _. n5 m4 i/ _

) m5 O4 x* g! A9 I3.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？. Q8 M5 w0 Q. U: T
7 l) F- X; r0 h) D- G
! |2 A* d4 J/ z. w& |- _9 _7 |
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？  
/ }2 s+ A; ?1 H* [) [! Z" }5 g& B1 g' E! C6 m
& N8 {5 a3 r. z) Q% ?
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。
/ ?) {% K0 Z+ A1 A6 ]/ R* R9 r. X
9 `4 o2 I, B, a5 m2 N
@cousins @Coziness_yang @shark4685 @shg_zhou @stupid @于争 @forevercgh  @Xuxingfu @yuxuan51 @ bluekent @wenjiwei 8 o+ w1 C5 A- h3 U
作者: cousins    时间: 2015-3-19 13:16
若华110 发表于 2015-3-19 12:511 {5 B3 r: V" n, h1 ~
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。( z- L% v4 c8 X5 s- P0 K% P" t. _

/ @3 l. n3 S1 ~- J. A* Y+ T1.SMA头固定了，即表示 ...

: n( o8 S8 o" g7 l+ 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。
9 I, x& Z* P- c" X: J4 l1 s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。。
& O. K7 n5 E+ x/ [" b  k1 t4 i! E6 j; D* X% Q* O

# G; ~. C: P3 Z) ]. V8 x1 F5 B6 S
作者: 若华110    时间: 2015-3-19 13:49
cousins 发表于 2015-3-19 13:16
2 v2 p0 N7 t1 P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。
  o( i# n8 B; d, w% i6 Q1 t9 a然而对于10gbps来 ...

. T: ^% |) i# o  N- R4 B1 }5 G- r  谢谢指导！' l4 Q5 T2 P1 v0 H3 V: p5 I, `* z
  其他几个问题麻烦解答。; t9 V* n3 Y4 J3 h) b
  谢谢。6 n1 P. ^1 M6 c! x; N/ K& ^
作者: shark4685    时间: 2015-3-19 14:02
若华：
4 X. z4 C9 L6 K8 ]; m0 B- [; d/ A: i1 `4 R8 ]
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。& P; h- z; H' C& S; z6 ?" K8 {

7 _0 V3 \, x$ u7 d% p* K这个stub在哪里，没太明白。
作者: 若华110    时间: 2015-3-19 14:10
shark4685 发表于 2015-3-19 14:02
* a0 p7 l, R9 {/ W若华：; `" c+ x/ F; [4 g6 I# W
* I  Q1 ]" R5 B  t! S  p
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。 ...
1 L( Q* H7 _0 q6 Y) o( q
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    。: C! K7 H, U) D
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。: J8 }9 D2 W1 b6 c/ I/ ~
作者: cousins    时间: 2015-3-19 14:12
若华110 发表于 2015-3-19 12:510 X# d7 [+ P! V5 N# ^& l6 P
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。
# e* h/ o  {7 H! ^& I* L- ~, Q; U, a+ l( s: h
1.SMA头固定了，即表示 ...
. ^9 k( E: }# B; U
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？  ; T% h- m0 V4 Z' J$ \6 }0 ]
8 L* m7 n. y. _
-->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。
1 C# }3 u3 s+ o4 [, Q9 l0 g" V1 @1 z: K0 R
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。4 r  M5 W9 X/ a' p/ o/ N

% s8 \* W+ d- ]6 \( d可以的话，做s参数的de-embedding吧，借助ADS也好，matlab也好。& `/ t# I, S, |" Z1 K
2 X% E2 U8 N$ S% ]  `: R
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。
+ ~/ U' E) r0 `' j) [   " ], n& U1 U( |  B, u& g4 t7 G
-->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。
  Y5 e6 o, A1 B+ p' n9 D% v
. A+ q. P4 k8 ^4 e& w, S. e! _ 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。
7 K" r, k; v1 C  P: }
& D' Q6 o9 |6 x% Q# X-->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。! K9 o5 k, \1 p; m0 @3 c
作者: jj9981    时间: 2015-3-19 14:21
学习
作者: 若华110    时间: 2015-3-19 15:00
cousins 发表于 2015-3-19 14:12
+ e$ m. X; Q) y/ X4.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？  $ C% ]1 Q* n* B( `* c: d( u

9 W! W  z! p, T: n-->特征阻抗不会变的。你 ...

, {; D5 M* a- f3 m
    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？

% W6 b# D) d( d
作者: 若华110    时间: 2015-3-19 15:02
红孩儿 发表于 2015-3-19 10:16( G8 B* [9 G9 T$ a0 e2 I0 ]6 I0 S
围观下，期待大神出马。
/ K" T* E, |3 j7 ]
期待各位大神出谋划策。5 k7 t: U( h0 k+ v9 W
感谢前辈的指导！3 k* U- T4 k& _+ u7 r# n
作者: 若华110    时间: 2015-3-19 15:03
jj9981 发表于 2015-3-19 14:21
8 R! |: l2 N* v学习

0 P4 E# m4 i- J9 Y8 J) e期待各位大神指导。& B! E6 v7 i( t# a
作者: cousins    时间: 2015-3-19 16:50
若华110 发表于 2015-3-19 15:00( p+ [# I. a/ f( {, n  y
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 ...
5 A/ E" Y, M  c5 m/ \/ }& R/ ^- m
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 a# G9 a# S2 j( c% C" ^

0 K- g' U3 I& a, H7 r4 T2 U% |" F-->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。
* E" N: z# \$ @0 |3 C# W & |! j5 ?5 t* a9 W

+ C5 L! C+ _/ [; l# J3 L+ t( f 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。5 R% ~$ R; n/ p: K6 V; z9 r- c5 Y. C

5 u+ ]; N) R, t% ^8 M% A-->所以这时候仿真会有一定的参考性。. T0 m' @/ N( r: L

9 s! V, K+ s, h" T0 h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？
7 x) d4 |, g# ^+ ]# l' }& O8 A$ X
+ u: l2 V7 I$ X) I-->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。
+ V$ Q+ U. {8 a% k4 ~
作者: 若华110    时间: 2015-3-19 19:24
cousins 发表于 2015-3-19 16:50
3 a6 j- w* E6 `; Z- [- p: ?7 j% |- P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 ...

! _$ D. ~/ \7 C' X非常感谢您耐心 悉心的解答！
* H9 z: M: k* p3 [$ V1 a1 L4 c8 J1 n5 x; }3 ^' R5 ?9 D
  [0 y( M3 K# H5 ?8 D) y: U
     关于VIA的模型我真是孤陋寡闻了。 回头我仿真对比下看看差别。多谢你的提点。 不知道你指的那个公式是什么？
9 J9 Q; f2 `6 R: g: K& Z; ]: Q+ H) o* P* Z& c: g
2 e5 O0 y9 U$ V) w* Y
    一般关于stub可以忽略的长度的一种说法是λ/10. 10G信号的波长在600mil左右。如此算的话50mil的stub的确可以忽略。
+ x4 d' V. k2 B: T3 Y6 f/ N
9 J% r1 e/ B: L( @
作者: 若华110    时间: 2015-3-19 19:29
cousins 发表于 2015-3-19 16:50
; r$ D6 I" @! v4 `& L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 ...

! a6 r6 N) S6 L* {3 k那现在SMA头信号孔的阻抗设计还是保证在50欧姆么？ 是否需要稍微的增加一点或减小一点？- V. f% O3 W& S6 D1 j

* J2 R" Y) s6 c+ L- W关于过孔阻抗我会打板测试验证下。& ]1 ?8 y1 j9 L
作者: 不羁的风    时间: 2015-3-19 22:50
学习了
作者: 若华110    时间: 2015-3-20 10:46
有兴趣探讨的朋友可以分别对  单个过孔   SMA头焊盘   已经SMA头插入之后 分别进行HFSS/CST仿真。: `& H& q9 @2 Z; W
! w" c) p% \$ r# R0 P8 l
感谢cousins提供的指导！
6 E9 t, P* `) u7 A# r" i# |1 g% ~
3 n3 {! c4 h( C" Q% ~7 y- r3 q$ k3 J& t2 T非常欢迎大家参与讨论，发表不同看法。
作者: 天天在线    时间: 2015-3-20 12:51
学习的飘过
- p: W2 K# w8 X0 k8 u
作者: Coziness_yang    时间: 2015-3-21 22:57
对于过孔阻抗的控制，建议在过孔边上打地孔，一般数量在6~8个地孔，地孔均匀分布在信号孔附近。你的SMA与PCB板的接触建议为接触式的，而不是焊接式的。如果SMA为接触式的，那么就建议将信号孔的stub背钻掉。这些措施虽然可以改善阻抗，但是想得到50Ω可能需要不断迭代。
作者: Head4psi    时间: 2015-3-22 21:38
FYR,
( c% ^) q. a' ?1 q4 f2 Q/ P
% d8 P% O. m' x* Z) y7 s . o3 v% {! _% y4 i

" Q6 Z$ ~+ T1 ~4 _$ x# ?: [
5 J+ X5 l% r, b7 ^7 K( ?- P. |0 j9 w  }6 l
作者: 若华110    时间: 2015-3-23 09:06
Coziness_yang 发表于 2015-3-21 22:570 l+ v9 w" f! p6 [# a( N. _
对于过孔阻抗的控制，建议在过孔边上打地孔，一般数量在6~8个地孔，地孔均匀分布在信号孔附近。你的SMA与PC ...

8 g3 O; v. z3 Y( y 接触式SMA头性能上要比焊接式的好很多，带宽高、无Stub。单接触式价格也很昂贵。 $ \; Z  ^4 a; F; N& E4 K
, B* C8 S+ M/ t, n5 N+ T$ V
背钻的话一般不可取，因为板子不是很厚，也考虑成本和精度。  7 k3 C/ r0 Y) M# g4 ?" R8 `! h
我们想在仿真的基础上 采用此SMA头得出一系列经验性的设计。 如上的SMA头满足10G的设计时够的。
4 j  ?. C! V. S' x+ m: C; J
作者: 若华110    时间: 2015-3-23 09:09
Head4psi 发表于 2015-3-22 21:38
/ G. b9 [+ r& W# r  A6 y7 x$ iFYR,

" r! _0 j1 G- d! a, x: s楼主很强大！赞
+ |# \$ _0 i- h, s& a4 G7 u4 a4 U" l实测容性 负载到30. 无感性负载。3 K0 X; @4 i0 U# Y- |  G  R( T: A
作者: shark4685    时间: 2015-3-23 11:51
Head4psi 发表于 2015-3-22 21:38
$ J4 N9 F; D) }& [4 `FYR,

6 T' y) T' F8 A5 k3 \仿真的数据吧，不过还是赞一个！& j; G. K$ l5 b1 {( S* Y) m3 \
作者: 若华110    时间: 2015-3-24 19:05
期待更多人继续关注
作者: shark4685    时间: 2015-3-24 19:44
若华110 发表于 2015-3-24 19:05
: F  j1 n9 }6 O8 q& v% r期待更多人继续关注

  z) e" S) G# I, X# a还有什么好话题没，有好话题，大家关注的就比较多。
作者: 若华110    时间: 2015-3-24 20:31
shark4685 发表于 2015-3-24 19:447 x6 M% J9 g$ Z5 Q6 z- T3 U
还有什么好话题没，有好话题，大家关注的就比较多。

. S* `, f, G4 M4 h1 S    我的困惑 很多的 哈哈。多谢各位指教。
( V: S. s  ~1 ]
6 L6 X: ~( B( [4 N( m, @   对于大家的观点我也需要做下功课继续理解和验证。  非常希望每个人都踊跃提出自己的想法。 反正我很low,我就来学习的。
5 B0 q0 f$ U3 l5 N  _$ O
1 o4 N; Q0 d4 I5 s7 G, O) ~6 n0 l    回头关于另外一种类型的设计 拿上来供大家提意见。
) M' T* O+ M) v7 h
% J$ n, W( C& E$ u/ G: _6 A   再次感谢各位！感谢shark4685.) C9 {* q' v2 g% K3 ^3 w3 O1 D4 c
作者: shark4685    时间: 2015-3-25 17:47
不客气，你太谦虚了。
作者: 若华110    时间: 2015-3-27 09:14
shark4685 发表于 2015-3-25 17:47/ W4 t% ?8 E: s
不客气，你太谦虚了。
3 B, B( |7 w1 i$ A2 t
向大神们学习！6 l) d% R3 N: q! z% q- A  Z
. Z- q# Z) m$ v6 r' M( n/ ~. R

" l; P4 ]; S! H/ @: k8 b5 U3 ~% u
作者: tiankong2008    时间: 2015-4-3 19:56
优化的不错 但是还有空间貌似
作者: shark4685    时间: 2015-4-7 09:00
tiankong2008 发表于 2015-4-3 19:56& `9 L, i9 t4 C# i! b  a2 j" ]  s9 v
优化的不错 但是还有空间貌似

0 M' k5 X* K5 j1 J! U那里有空间？" W% h6 V; n: ~0 y




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