[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：
# C( G2 B- x* x: N- j/ \
  板厚1.6mm；SMA头孔为通孔，无背钻
2 X7 q& V3 L5 p7 E  b
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

7 j- w, ~5 K0 Y' | 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。
& y9 Z8 {+ [) X6 m# {! t2 h. m2 ]           2. 如何保证SMA头信号针插进孔之后的阻抗仍为50欧姆？
9 x$ m$ ~5 d: T7 k           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。

/ O+ J/ v1 ~8 O* b7 b  求各位大神详细解答！
不甚感激！

, k; I2 Y+ J: H: j3 Z' y% a@于争 @cousins @Coziness_yang @stupid @shg_zhou @shark4685 @jomvee

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,
- ^& k0 `, g8 w1 T
# X/ m  ?, Z8 L1 ]+ H: Y


- O5 m7 ?/ s" s5 S
/ o1 ~+ ?1 C4 O3 U8 J5 y" u4 l

cousins

若华110 发表于 2015-3-19 15:00
6 l  B: f. b6 [, i# V5 n# s1 ?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 ...

2 L4 o& G# J  [2 J1 @" n2 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。
( w9 d+ U( N' b& o2 G2 S0 K
% a/ H' ?5 |9 t" ]$ R& D: v6 z; b* v# {5 X
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。

$ X, _# B% I5 @4 a4 t! P8 e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？

: z5 C/ ?* |# z9 J6 M# m6 h-->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。
: y3 |! P9 ]+ ]# `' ^3 m

若华110

3 G, g& h8 A7 Y7 `# ]  J

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：
) i4 ?6 p1 F. |' ]* S
第一个问题：我无法给出精确的答案， ...

! D% F. S# J- u  y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。

0 f4 _5 C4 m; G* z8 {0 H% l! _, v1.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。   

7 b- s2 E: w' d: m9 t2 _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。

; ^0 r- s6 V  [- y8 z3 S
7 N2 q2 l- b; s3.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？
' U' t+ s- n& \0 N

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？  


5 U$ c; N' z$ @' |3 I3 i: T5 z4.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* p9 E5 r( }+ i
; u+ `* ^: R7 Q# j: G5 q
@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：
  G0 y# n: e! D' ]. d4 D  t0 W
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。
- ?, P! P- N8 d6 [0 q8 b/ I  g  H5 q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。
6 C  p* ^+ w/ y" d. g2 e

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
; V4 S6 M: ^( v. E0 j" x5 |
感谢各位大牛支持

cousins

若华110 发表于 2015-3-19 12:51
7 |- t% ]' r3 g! Z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 ...

. U# [& p) a3 l8 Y; r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。
" c1 {. U# m. N3 s% U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。。

0 O- ]) l7 N% X! S) o! p" ~* I
# w. K0 Q/ i( p( x% O' |
& X0 C' p9 A4 Z5 Q5 g8 G& n/ S/ k/ V

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。
然而对于10gbps来 ...

  谢谢指导！
  其他几个问题麻烦解答。
  谢谢。
4 R# X' e8 {6 X1 Z- K

shark4685

若华：

! G) Z- o$ B8 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。 而实际上存在stub。
) L6 s* o2 z5 O7 n
! L$ U: M0 L% E这个stub在哪里，没太明白。

若华110

shark4685 发表于 2015-3-19 14:02
1 q" t. F2 u' J' z5 m' W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    。
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
# Q2 r$ w' T2 l4 w/ Q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。

- B9 R* M3 x- z2 p  J( y1.SMA头固定了，即表示 ...

9 N4 p6 ?/ E; c% b) h8 F# i7 j( t' A4.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。

: R% b8 N& i) r8 W1 R: q6 N* C# j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。
   
% \4 x8 h0 W2 q$ u3 R-->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。
6 l! J( i% o# E! F
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 k7 ?. M9 C) p+ c! D/ I& [6 K: Y9 Z
' o, }" l* b) a7 F; u-->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。
$ N( Q4 v4 p+ `- t$ w  d2 z

jj9981

学习

若华110

cousins 发表于 2015-3-19 14:12
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？  
# q, K# w% x! Q9 _' v
-->特征阻抗不会变的。你 ...

0 f" W8 `3 j2 d1 x, A) ^4 A

    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？

% m, ~1 C+ H6 W/ g) ~5 E" Q

若华110

红孩儿 发表于 2015-3-19 10:16
0 L: _! g" B: W8 _/ w! v围观下，期待大神出马。

期待各位大神出谋划策。
8 r' C8 K% }+ {* f, H7 j! f) ^感谢前辈的指导！
* E6 O# `, d* L1 X

若华110

jj9981 发表于 2015-3-19 14:21
学习

期待各位大神指导。