高速先生成員--姜杰

如果大家對平面諧振腔的印象還停留在方方正正的銅皮上，這篇文章可能會顛覆你的認(rèn)知……

高速先生最近在做SMA測試板的仿真時，遇到一個奇怪的現(xiàn)象：同一塊PCB，某些層面走線的高速信號，插損曲線會出現(xiàn)窄頻帶的下沖：

遇到這種現(xiàn)象，想必大家的第一反應(yīng)是去檢查信號過孔stub。正常情況下，stub過長確實會引起信號插損在窄頻帶內(nèi)的異常跌落，可惜這個案例屬于非正常情況——經(jīng)過排查，背鉆設(shè)置正常，可以排除過孔stub的影響。

如果你還記得文章標(biāo)題，大概也猜到了原因：平面諧振。那就不賣關(guān)子了，直接開始我們的揭秘之旅。

仿真對象是一對從SMA頭引出的差分走線，對應(yīng)的PCB長這樣：

除了文章開頭提到的走線層面會有影響，另外一個有趣的發(fā)現(xiàn)是：信號過孔的反焊盤大小，同樣會影響插損。與走線層面影響下沖幅度不同的是，反焊盤主要影響下沖的頻點。

綜合考慮以上兩個影響因素，再回過頭來檢查設(shè)計，L13層的電源平面嫌疑最大。

驗證的方法很簡單：其它不變，直接刪除L13層電源平面。

刪除電源平面后的信號插損下沖消失，問題得以定位。

再從信號回流的角度分析，對比電源平面刪除前后，相鄰L12層GND平面的電場分布。可以發(fā)現(xiàn)，電源平面刪除后，相鄰GND平面回流明顯增加，這也從側(cè)面說明了插損異常的信號回流有相當(dāng)一部分是走電源平面的。

繼續(xù)深挖，為啥信號過孔反焊盤的大小也會影響插損？

仔細(xì)觀察電源平面的特征，由于信號過孔及周邊包地孔的打斷，電源平面在信號過孔周邊形成了一個環(huán)（下圖紅色圓圈的位置）。中間信號過孔的反焊盤其實影響的就是銅環(huán)的面積。

于是，高速先生又有了一個大膽的猜測：產(chǎn)生平面諧振的關(guān)鍵就是這個銅環(huán)！

驗證的方法也很簡單：在原設(shè)計的基礎(chǔ)上，僅切掉信號孔周邊電源平面環(huán)，其它不變。

仿真結(jié)果顯示，插損的下沖再次消失，問題精確定位。

為了大家能看的更明白，我們還對比了銅環(huán)刪除前后的電源平面電場分布。

銅環(huán)刪除后的電源平面回流大幅減小，再次驗證了銅環(huán)的關(guān)鍵作用。

講到這里，原因基本清楚了，一句話概括：電源平面的銅環(huán)與相鄰GND平面構(gòu)成了平面諧振腔，引起了特定層面走線插損在窄頻帶內(nèi)的跌落。

問題來了：

平面諧振腔是如何影響信號的？

關(guān)于一博：

一博科技成立于2003年3月，深圳創(chuàng)業(yè)板上市公司，專注于高速PCB設(shè)計、SI/PI仿真分析等技術(shù)服務(wù)，并為研發(fā)樣機(jī)及批量生產(chǎn)提供高品質(zhì)、短交期的PCB制板與PCBA生產(chǎn)服務(wù)。致力于打造一流的硬件創(chuàng)新平臺，加快電子產(chǎn)品的硬件創(chuàng)新進(jìn)程，提升產(chǎn)品質(zhì)量。

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審核編輯 黃宇