防焊垫如何影响多(duō)层PCB中的信号完整性

2020-11-19

通孔 和焊盘上的防焊 垫是现代PCB设计中的一个争论点，围绕在多(duō)层PCB中使用(yòng)这些元素的争论  被视為(wèi)二元选择。像散热片，接地层裂口和正交布線(xiàn)一样，围绕着焊盘和过孔上的抗焊盘的争论被定為(wèi)永遠(yuǎn)/永遠(yuǎn)不会发生的选择。借助当今的现代PCB，了解抗垫对信号完整性的影响非常重要 。

防垫和信号完整性

当涉及信号完整性时，请仔细阅读组件制造商(shāng)的应用(yòng)说明，并始终验证您从容易理(lǐ)解的概念中看到的内容。如果您查看某些组件的应用(yòng)筆(bǐ)记，他(tā)们将建议将防垫板放置在着陆垫上，而无需解释。此外，不同的注释会准确地告诉您您应该使用(yòng)的过孔抗焊盘直径，但这很(hěn)容易使它脱离上下文(wén)。让我们仔细看看这两种情况，以及via / pad + antipad的结构如何导致 信号完整性问题。

如何為(wèi)过孔及其反焊盘建模

每当您使用(yòng)镀通孔在实體(tǐ)平面上过渡时，CAD工具都会根据您的间隙规则自动应用(yòng)Via防垫。如果要通过平面层进行布線(xiàn)，则可(kě)以选择完全去除通孔周围的大部分(fēn)平面，或者将通孔包围在剩余的导體(tǐ)中以创建防焊盘。无论发生什么情况，通孔壁和任何平面之间都必须有(yǒu)一些空隙，以防止短路。

在这一点上，如果您要通过实心平面布線(xiàn)，那么问题就不在于是否应该使用(yòng)过孔防焊垫，还是要切掉过孔的焊盘，而是要使防焊盘延伸超过过孔焊盘和任何内部不起作用(yòng)的焊盘多(duō)大 。像高速设计中的许多(duō)潜在问题一样，所有(yǒu)过孔都有(yǒu)寄生：

電(diàn)感。 隔离中的通孔基本上是一个電(diàn)感器，通孔的電(diàn)感取决于通孔的纵横比。

電(diàn)容。 周围存在平面会在过孔焊盘和接地之间产生一些寄生電(diàn)容。

通孔末端和中间平面的每个焊盘会并联产生两个電(diàn)容。当与電(diàn)感器结合使用(yòng)时，我们有(yǒu)一个标准的pi模型，描述了通孔及其反焊盘，如下所示。请注意，下面显示的電(diàn)容方程式只是一个近似值，因為(wèi)它不考虑边缘场。通孔電(diàn)感方程也是一个近似值。

接下来发生的事情（就電(diàn)气行為(wèi)而言）取决于许多(duō)因素。首先，就像任何pi電(diàn)路一样，CLC pi模型基本上是具有(yǒu)上述3 dB截止频率的低通滤波器。假设您想扩展Via + Antipad布置的带宽。在这种情况下，您需要减小(xiǎo)長(cháng)宽比（更短的通孔或更宽的镜筒直径），或减小(xiǎo)焊盘平面焊盘的電(diàn)容（较大的抗焊盘）。

在这里，您有(yǒu)一组难以平衡的选项。现代设计的功能(néng)越来越小(xiǎo)，功能(néng)越来越紧凑，因此，宽高比可(kě)能(néng)会变得很(hěn)大，3 dB的频率会降低并限制带宽。进入mmWave體(tǐ)制后，您还将 面临其他(tā)信号完整性挑战，其中包括通孔的布線(xiàn)。在这些频率下，额外的寄生效应将占主导地位，并导致互连的整體(tǐ)插入损耗。

着陆板上的防垫如何影响信号

将防垫板放置在着陆垫上涉及在组件上的垫板下方切掉一些接地平面。天線(xiàn)馈送線(xiàn)上的示例如下所示（焊盘+反焊盘以黄色圈出）。下图显示了蓝色接地平面區(qū)域中的防垫，并将其放置為(wèi)多(duō)边形切口。

天線(xiàn)馈線(xiàn)上的防垫。

这样做有(yǒu)一个很(hěn)好的理(lǐ)由，但是您不应该这样做，还有(yǒu)其他(tā)原因，它们在不同的频率和某些情况下会相互抵消。在上述情况下，放置防垫可(kě)消除一些寄生電(diàn)容；信号携带的磁场然后仅通过边缘场耦合回到接地层。这是使用(yòng)较小(xiǎo)的平台的一种选择。

上面的示例有(yǒu)些人為(wèi)的设计，如果不通过仿真进行验证，我不会在客户板上进行此操作 ，但是它说明了有(yǒu)关返回路径计划的一个要点。即使焊盘下方有(yǒu)一个接地切口，但仍然有(yǒu)一条清晰的返回路径通过附近的过孔和接地，因此在此过程中不会产生主要的阻抗不连续性。如果没有(yǒu)这样的帮助，则  由于大的返回路径，将导致明显的阻抗不连续性。