AC耦合电容组装结构的优化

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。但是不要看着结构简单，因为在高速电路中，电路已经不是简单的电路，电容也不是简单的一颗电容啦,这一颗电容优化不好，可能就会导致你整个高速电路设计失败。
      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


      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，较终在阻抗曲线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），如下图


      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


2) 做隔层处理


      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


2) 做隔层处理


      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较低。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


2) 做隔层处理


      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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