AC耦合电容组装结构的优化

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简介:很多人都说,高速电路看着比普通的电路的电路结构简单,但是为什么都说很难,说这话的工程师可能还没有深入的了解高速电路的特点。没错,在做低速电路的时候,总想着要做电路匹配等等,高速电路相对来讲确实简单,不是两颗芯片中间加两颗AC耦合电容直接相连,就是一颗芯片与连接器中间加两颗AC耦合电容直接相连。

在高速串行链路中,为了让工作在不同电压下的发送器和接收器能够连接(也许是为了不影响各自buffer模拟电路部分的静态工作点),需要在通路中加入AC耦合电容,但是AC耦合电容自身和焊接电容的焊盘会给通路带来阻抗的不连续性,这在设计中都需要仔细考虑。

以一个典型的通路作为实例案例来研究这个问题

AC耦合电容组装结构的优化

当信号传到AC耦合电容处,由于焊盘的面积和电容两端的引脚比较大,这个点的寄生电容必然很大,最终在阻抗曲线TDR图上对应地显示出阻抗偏小,进而导致return loss变的很大。为了让阻抗连续,减小电路的容性,提高阻抗,通常采取在电容的下方隔层参考(挖空某些层)。

接下来,我们将通过修改前后的电容结构分别做3D电磁场仿真,对比其处理前后的阻抗、回波损耗以及插入损耗。

一、对比阻抗(TDR)

用前面3D电磁场仿真得到的S参数对这两种电路做TDR分析:

1) 没有处理时

AC耦合电容组装结构的优化

2) 做隔层处理

AC耦合电容组装结构的优化

可以看到未处理之前阻抗的不连续点很明显,做隔层处理之后的阻抗改善很多,几乎看不到任何的不连续了。

二、对比回损

1) 没有处理时

AC耦合电容组装结构的优化

2) 做隔层处理

AC耦合电容组装结构的优化

隔层处理之后,无论是S11还是S22,都要比原来的改善很多,回波损耗在-30dB以下,这在实际的通路中的响应降到最低。从S22>S11可以看出靠近电容端的端口回损要大。

三、对比插损

1) 没有处理时

AC耦合电容组装结构的优化

2) 做隔层处理

AC耦合电容组装结构的优化

从仿真结果上看,对AC耦合不连续点的处理与否,对插入损耗的影响不大。

从以上三个结果的分析可以发现,AC耦合电容的焊盘的处理对信号网络的阻抗和回波损耗的影响非常大。我们在实验中使用的还是0402的电容,现在很多工程师还在使用0603或者是更大size的电容,如果不进行处理,其影响肯定更大。但是大家在使用隔层参考的时候,还是需要谨慎一些,不要想当然的看到电容,就把下面所有的参考层都挖空。还是建议通过一些仿真之后再确定是否要做处理,或者是如何做处理。

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