[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：

  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
* r& i% Z3 N) e7 B# v0 R
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。
" }$ m% @' B0 K! Z           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 }, r) M) t+ Y  求各位大神详细解答！
0 c; w3 i7 R4 r2 \. n 不甚感激！

@于争 @cousins @Coziness_yang @stupid @shg_zhou @shark4685 @jomvee
8 T2 q4 x4 P9 o1 |! _4 q* A

ifever

楼主实验的怎么样了，我们的量产测试板也用直插式SMA，但每次板子回来阻抗都惨不忍睹，迫切需要一个标准的可供参考的PCB SMA处设计模型

Head4psi

FYR,

1 j. U6 H8 ~4 Z! \& W) O
1 J8 R1 y& y- A) b1 f# o
& m$ r! R2 W) k, m
% ?9 ], I6 s+ b5 I! Z! B2 s; z
/ z$ M7 E$ g. u  i# j6 T

cousins

若华110 发表于 2015-3-19 15:00
' K. j4 k5 @% a6 u  Z: d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 ...

0 P: Z% |! w* D* d2 r7 p- G. ^7 }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。
6 r3 o1 F) O0 T9 H! O- X
: L) b) H# q) Q& z6 A, J-->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。
1 `/ q( [* U! U8 Y
3 c8 _& ^0 g% N0 o* V( M9 |
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。
: S5 |8 G9 T* X4 u
-->所以这时候仿真会有一定的参考性。
$ p% y  C; X7 A; L) F  f' I) e4 G* B
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？
, m# Z4 R1 ~* W7 f* R4 d
-->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

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：

  Z) r* e* A, h2 n; M: K. J4 i) P; M# c  W第一个问题：我无法给出精确的答案， ...

% T  x: u, o9 _8 d# k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# M5 b: i  b' Q3 `$ X# F4 A1.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。
2 _4 Z9 }9 \8 V1 F9 y7 Z% m

2 I/ U6 s+ Y7 H% s, Y6 {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？
+ l( x/ e+ T4 q: v

  [2 o% T0 y% v! {# e$ d' G' z+ D4.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？  

$ C8 D. a, W6 u3 {% C( ^# |
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 f6 ~8 @5 j( u& D@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：

# g) d+ a4 ]0 L0 I7 T8 B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。
* m# L, A1 j5 c, S" P$ g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

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
+ F+ n# P! ^* u( l+ c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。

8 L* G; p) o% ]0 r+ S* L" c1 C2 O& x' y1.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。。


) h' l' O% V- ?4 D

若华110

cousins 发表于 2015-3-19 13:16
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 S% S! C+ j  I/ {然而对于10gbps来 ...

  谢谢指导！
  其他几个问题麻烦解答。
  谢谢。
4 s6 t1 Z* B1 }( Y* ^

shark4685

若华：
, B: [" _: v; g' k
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

shark4685 发表于 2015-3-19 14:02
* F8 N7 `/ Q8 L1 |! J& q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。 ...

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    。
5 {: p# z2 b4 w, u* @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。
$ B0 |* _. T- Z9 U) P% w

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。

$ z9 r& a4 s4 Z& z+ o1.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。

3 y( p" W- f* s7 q; u 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。
: b; g" T2 p$ @8 E
可以的话，做s参数的de-embedding吧，借助ADS也好，matlab也好。

. t4 w' c; y. o5 f) g9 y' _( N1.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。
! q# f9 P) T* z0 ^+ R1 D0 w
, d8 ~) X6 `" g* t 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。

$ a8 w! _: H8 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
4 ?1 t0 D1 I, @  [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？  

: k- E" p. c4 q  d-->特征阻抗不会变的。你 ...

6 m/ k, e1 h) C5 J* d  F6 f1 a; G/ 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？

5 o/ o6 B( R) c

若华110

红孩儿 发表于 2015-3-19 10:16
围观下，期待大神出马。

期待各位大神出谋划策。
8 j7 K6 r/ s" ?1 Y% l感谢前辈的指导！
9 |2 K* S7 h! p$ Z9 p& F" l( s

若华110

jj9981 发表于 2015-3-19 14:21
" w/ s' g; R9 n. P学习

' K  Z7 E" ~7 Q5 \, i7 P3 L期待各位大神指导。
6 \& W# X9 J% I7 ?3 n" y