Samtec連接器小課堂 | RF白皮書(shū)系列上篇 -連接器組裝/走線/鉆孔攸關(guān)性能

【摘要/前言】

隨著對(duì)更高頻率和更大帶寬的需求不斷上升，射頻連接器也需要跟進(jìn)提升，甚至超過(guò)設(shè)備帶寬的要求。將射頻連接器連接到PCB或基材上需要仔細(xì)考慮數(shù)個(gè)重要因素，以充分發(fā)揮連接器的全部性能。

本次白皮書(shū)分享主要涵蓋了設(shè)計(jì)指南，并呈現(xiàn)隨著行業(yè)向100GHz帶寬發(fā)展需要調(diào)整哪些項(xiàng)目來(lái)使連接器的端點(diǎn)表現(xiàn)更佳。

【白皮書(shū)系列概要及目錄】

許多不同類型的射頻(RF)連接器用在不同的應(yīng)用場(chǎng)景，但這個(gè)主題太過(guò)廣泛，我們將重點(diǎn)關(guān)注壓合式安裝的印刷電路板(PCB)連接器。壓合式安裝連接器使用安裝硬件將其下壓到PCB上以建立連接，可以連接到PCB上的微帶線或帶狀線。

隨著PCB中高速連接的數(shù)量不斷增加，壓合式連接器備的多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)可滿足這一需求，包括它們相對(duì)緊湊的特性，可在一塊PCB上放置多個(gè)，并且可放置在PCB上的任何地方，這使得它們可放置在靠近訊號(hào)需要到達(dá)的設(shè)備端，除此之外，它們還可以重復(fù)使用。

將壓合式連接器在PCB上實(shí)作并獲得全部頻寬需要精心的設(shè)計(jì)。就像賽車(chē)需要最佳的輪胎，使其獲得足夠的牽引力到賽道上，同時(shí)盡可能快速地行駛，射頻PCB連接器需要一個(gè)良好的端點(diǎn)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，以獲得最大頻寬的訊號(hào)傳輸來(lái)進(jìn)出PCB。

本系列將分為三篇推文，遞進(jìn)式呈現(xiàn)詳細(xì)內(nèi)容：

【RF 端點(diǎn)的定義】

了解RF端點(diǎn)的定義，這個(gè)端點(diǎn)包含連接器、訊號(hào)通孔和通 孔轉(zhuǎn)換到PCB內(nèi)的導(dǎo)線。為了準(zhǔn)確衡量這 種組合的性能，連接器的頂端和Break Out Region，包括一小段線長(zhǎng)(約2毫米)，都需要一起建模(圖1)。

RF端點(diǎn)的設(shè)計(jì)是復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，沒(méi)有單一正確的解決方案。它們由許多元素組成，需要在電磁場(chǎng)求解器中進(jìn)行調(diào)整以提供最佳的性能。

圖2的每個(gè)子組件都代表端點(diǎn)設(shè)計(jì)的一個(gè)自由度，所有組件必須一起優(yōu)化以獲得100GHz的頻寬。以下是對(duì)端點(diǎn)子組件的簡(jiǎn)要描述：

----連接器

如前所述，連接器影響發(fā)射性能，需要在結(jié)構(gòu)建模時(shí)包括在內(nèi)。PCB和連接頭之間的過(guò)渡有復(fù)雜的相互作用，需要調(diào)整。

----連接器焊盤(pán)

焊盤(pán)的大小由連接器的機(jī)械限制決定。它需要足夠大，以便包容多數(shù)連接器或PCB生產(chǎn)差異而提供可靠的連結(jié)，同時(shí)也要足夠小，讓使用連接器的設(shè)計(jì)達(dá)到預(yù)期的性能水平。

----訊號(hào)通孔

從電氣上看，對(duì)于通孔，鉆孔尺寸是關(guān)鍵所在，而不是成品孔的尺寸。在試圖調(diào)整通孔端點(diǎn)時(shí)，擁有一份PCB供應(yīng)商使用的常見(jiàn)鉆孔尺寸清單非常有用。鉆孔尺寸決定通孔內(nèi)層的最小焊盤(pán)尺寸，越小則通孔性能越好。雷射鉆孔的微孔，由于改進(jìn)了定位，可以允許非常小的焊盤(pán)尺寸，其環(huán)形圈小至2mil，具有L1：L2過(guò)渡(焊盤(pán)直徑=鉆孔直徑+2x環(huán)形圈)。對(duì)于更深的微孔，鉆孔尺寸和環(huán)形圈需要增加尺寸。

----調(diào)諧功能

用于均衡從焊盤(pán)/空隙區(qū)域到走線的阻抗。

----平面、空隙和接地環(huán)

端點(diǎn)下的接地平面將接地環(huán)連接在一起。平面上的空隙允許在訊號(hào)沿通道傳播時(shí)對(duì)其阻抗進(jìn)行調(diào)整。在可能的情況下，最好在電源平面和訊號(hào)層上創(chuàng)建一個(gè)「接地點(diǎn)」。這可以確保沿通孔有足夠的金屬覆蓋，改善端點(diǎn)的準(zhǔn)同軸結(jié)構(gòu)和性能。

----接地環(huán)內(nèi)/外

有兩個(gè)接地過(guò)孔環(huán)。內(nèi)環(huán)對(duì)過(guò)渡的阻抗和截止頻率有很大影響。第二個(gè)接地環(huán)有助于密封內(nèi)層接地環(huán)的通孔之間的空隙

【四個(gè)關(guān)鍵的重點(diǎn)領(lǐng)域】

本系列的后續(xù)中篇及下篇，將進(jìn)入研究正題，重點(diǎn)展現(xiàn)四大重點(diǎn)關(guān)鍵領(lǐng)域。歡迎大家持續(xù)關(guān)注！

【Samtec解決方案 Solutions】

Samtec憑借多年的創(chuàng)新，為廣大客戶提供陣容龐大的RF產(chǎn)品體系，支持任何互聯(lián)需求——無(wú)論應(yīng)用、性能要求或環(huán)境如何，使客戶在選用Samtec產(chǎn)品時(shí)更得心應(yīng)手。

備注：原文刊登于2022年11月的新通訊期刊中及其網(wǎng)站：《連接器組裝/走線/鉆孔攸關(guān)性能，寬帶RF電路板端點(diǎn)設(shè)計(jì)眉角多》