高速系统SMA连接器设计与优化

01 背景介绍

随着通信数据吞吐量趋向于大速率方向,板级系统的设计与优化也需适应趋势,尤其对于通信产品板、高速测试夹具板,使用较多的SMA连接器进行去嵌与测试,在此,针对SMA连接器板级系统提供更好的设计与优化方案。

02 方案概述

如图1所示是建立的3D模型,图2-图5是四种方案的细节平面图示:
1)无特殊处理,是指常规SMA连接器设计,信号从器件金属化孔经焊盘、孔壁流入差分信号线;
2)地环,在信号走线的金属化过孔周围加一圈地孔,形成腔体结构,以限制电磁能量向外辐射;
3)双地环,在地环的基础上加入更多的地孔,形成一种类似于介质集成波导(SIW)的结构,通过通孔的排列,起到限制并引导电磁能量的走向作用;
4)双地环+容性补偿,在双地环的结构基础上,在参考层添加一小块凸起结构,目的是让传输阻抗的波动减小。主要是传输阻抗在过孔的传输中会产生感性偏移,在参考层上加入凸起结构能达到容性效果,补偿部分感性偏移,使得传输阻抗在不均匀的传输中保持相对稳定,有助于改善插入损耗、回波损耗等性能。

建模示意图

 

图2 无特殊处理

图3 地环

图4 双地环

图5 双地环+容性补偿

 

03 仿真结果

对于仿真结果,从电场分布以及插损、回损指标查看,如下:

1)无特殊处理方案各倍频电场分布

2)地环方案各倍频电场分布
3)双地环方案各倍频电场分布
4)双地环+容性补偿方案各倍频电场分布
5)四种方案插损、回损扫频数据对比:

 

04 仿真结论

1)对比各方案五个频点的电场分布情况,发现随着频率的升高,电磁信号和能量的溢漏越发严重;
2)对比12.5GHz25Gbps系统)时四种方案的电场分布情况,双地环+容性补偿比其他方案的效果都要好,呈现双地环+容性补偿>双地环>地环>无特殊处理的情况;
3)在插入损耗的扫频结果图中,发现加入特殊结构在35GHz以下能够有效改善插入损耗,能够提升5-8dB的性能,而且特殊结构方案之间的差距不明显,说明地环结构在有效控制插入损耗时起主要作用;
4)在回波损耗的扫频结果图中,在12.5GHz附近,双地环+容性补偿的回波损耗最佳,说明容性补偿在调整传输阻抗匹配中确实起到了作用,控制了目标频点附近的回波损耗。
 

 

 

 
 

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