信号完整性测试,关于SMA装配的细节,很多人都忽视了

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作者 | 萧隐君,仿真秀专栏作者

SMA转接头是射频微波、天线和高速电路测试经常用到的一种连接器,应用非常广泛,种类也很多。在信号完整性的测试夹具中,2.92mm的SMA用的较多,它的带宽可以到40GHz,对于25Gbps的速率来讲,完全够用,如果速率更高,就得选用带宽更高的2.4mm或者1.85mm的SMA转接头。

或许就是因为经常用,关于SMA装配的细节,很多人都忽视了,毕竟在2.5Gbps和10Gbps时代,测试夹具设计只要不是很离谱的设计,稍微注意下高速信号的处理,测试出来的性能都不会差。

但是到了100Gbps(4*25Gbps)或者更高速率时代,设计测试夹具,就不能那么马虎了,尤其是对于高速信号出入的门户SMA转接头,更要特别注意。

先来看两张实际测试的SMA的TDR曲线图,单独看SMA的TDR,保持末端开路,阻抗一致性比较好,稍微偏感性,最大阻抗为51.3ohm,此时如果将SMA安装到PCB板上,问题就来了,竟然有一个63.9ohm的阻抗尖峰,这是怎么回事?跟仿真是完全对应不上的,SMA pin处是一个典型的阻抗不连续性结构,在仿真时肯定会重点照顾这里。

SMA末端开路TDR分布

SMA安装在PCB上的阻抗分布

仿真TDR

后来仔细观察PCB,发现了一个常见却不重视的细节,那就是PCB的板边控制,PCB的板边铺铜一般会保留至少0.2mm的安全间距,常见的是保留0.2mm~0.5mm,就是因为这个安全间距,导致了SMA pin处的阻抗偏高。

PCB板边控制

既然找到一个重大疑点,就先来仿真看看是否会重现结果,果然,如果将铜内缩0.2mm,pin处的阻抗会偏高至54.3ohm,如果内缩0.4mm,那么仿真阻抗也会到65.48ohm,跟实际测试的现象很一致,因此到了25Gbps这么高的速率,PCB铺铜一定要到板边,不然就会在SMA pin这里出现很大的反射,见下图的S11。

铺铜内缩0.2mm model

铺铜内缩0.2mm跟铺铜到板边TDR对比

铺铜内缩0.4mm 仿真TD

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信号完整性测试,关于SMA装配的细节,很多人都忽视了

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