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焊盤差不多的連接器,阻抗能有多大差異?

已有 322 次閱讀2024-12-3 08:49 |個人分類:原創技術

高速先生成員--姜杰

高速先生經常被Layout攻城獅問到這樣的問題:“PCB上PIN尺寸看起來差不多的連接器,為啥SI攻城獅給出的阻抗優化方式不一樣?是不是他們在故弄玄虛?”

根據高速先生的經驗來看,大概率是他們看到了你們看不到的東西……

需要對阻抗進行優化的連接器,信號速率一般都不會低。比如,高速先生最近遇到的一個比較典型的案例:同一PCB上的兩種連接器,一個最高支持16Gbps信號,一個可以支持到25Gbps的信號,下文為了方便起見,分別簡稱為16G連接器和25G連接器。

如果只看PCB上面的器件封裝(紅色方框是其中的一對高速管腳),想必大家都沒辦法區分哪個連接器支持的速率更高。

開始我們的研究,兩種連接器布局面均在TOP層,差分信號特征阻抗要求100歐姆。直接看看二者在同一PCB上的阻抗表現如何。

首先出場的是25G連接器,反焊盤挖空第2層和第3層,參考第4層GND平面,此時的差分管腳阻抗可以做到93.9歐姆。

同樣的反焊盤方案,用在16G連接器上,阻抗就只有89.7歐姆了。與25G連接器有4.2歐姆的差異,做過高速設計的同學應該都清楚這意味著什么。

為了搶救一下16G連接器的阻抗,先把高速信號PIN的反焊盤尺寸擴大:反焊盤加寬5mil,其他不變的情況下,阻抗由89.7歐姆增加到90.1歐姆,不能說沒有,聊勝于無。

別急,還有一招,增加PIN到參考平面的間距。具體到本案例,就是在反焊盤加寬5mil的基礎上,繼續挖空第4層和第5層,參考第6層GND平面!不得不說,為了優化阻抗也是拼了,完全不顧走線層面的一通猛挖。

看到結果,大家懸著的心,終于死了——只有0.6歐姆的阻抗提升。

到底什么原因導致16G連接器的阻抗難以提升?是時候請出兩個連接器的本尊了。

不知大家看出什么沒有?沒錯,連接器3D模型的管腳差異比在PCB上看平面圖可大多了,相比25G連接器的“三寸金蓮”,16G連接器簡直就是不折不扣的“大腳怪”。想想線寬和銅厚對阻抗的影響,大家應該都能猜到粗細管腳的阻抗差異。

當然,高速先生是喜歡用數據說話的,既然懷疑是16G連接器的大腳拖了阻抗的后腿,那就直接把管腳變細:沿著紅色側面,把管腳內縮5mil。

果不其然,甚至都不用參考第6層,與25G連接器一樣參考第4層地平面,阻抗一樣能做到93.5歐姆!

回到本文開頭的問題,Layout攻城獅之所以會產生困惑,就在于PCB設計軟件上展示的PIN通常只是器件的焊盤,只有看到器件的3D模型(結構圖)或者實物,才能發現真正的管腳差異。

當然了,實際設計過程中,Layout攻城獅基本動不了器件的封裝尺寸,不過,不能改不代表不需要關注,在低頭走線的過程中,也要抬頭看看器件的3D模型。從二維到三維,維度提高,格局自然打開。


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