AC耦合电容位置对信号的影响

本文摘要（由AI生成）：

本文通过仿真分析，探讨了电容焊盘与扇出孔间距对高速信号（5Gbps、10Gbps、25Gbps）传输的影响。研究发现，随着间距的增加，信号频谱中的反射峰值增大，导致波形变形和高频噪声增加，尤其是在高频段。此外，电容焊盘阻抗的优化可以改善信号质量，即使电容位置较远。文章还总结了电容在信号传输中的作用、对阻抗的影响以及优化建议，并鼓励读者分享电容处理的经验，以促进信号传输性能的优化。

上期文章说到，电容焊盘对整个无缘通道的影响，仿真观察了焊盘大小，焊盘参考层掏空尺寸，以及具体参考哪一层。

单从焊盘这一点来看，可以看到阻抗一般会比较小，但是对信号未必造成比较大的影响，可问题就在于，整个链路的阻抗不连续点不止这一处；

比如，信号BGA处的焊盘，扇出孔，连接器等都是阻抗不连续处，那么这些地方和电容的焊盘就会互相影响，我们来看S参数：

可以看到，红色为仅有电容焊盘时的反射，在与扇出孔级联后会变得更差（蓝色），他们之间的距离越大，S11越差（粉色）；

下面看一下TDR：

只有电容焊盘时的TDR

扇出孔和电容焊盘之间走线为60mil

扇出孔和电容焊盘之间走线为600mil

这说明，两个阻抗不连续点之间来回反射会使信号低频段恶化，而两个阻抗不连续点之间的距离越大，这种表现越明显，信号开始受影响的频率也越低；

那么，此时对于信号的影响是什么样的呢，来看一下对于5Gbps速率的信号：

驱动端信号波形如下：

信号频谱如下：

信号中的频谱成分比较多；

当电容焊盘距离扇出孔间距为60mil，对应S11曲线中的蓝色曲线，此时，在信号基频，2.5GHz及其谐波受到第一个反射峰值的影响，反射在-10dB左右，不是很大，因此波形受到了一些影响，波形图如下：

扇出孔和电容焊盘距离为60mil

当电容焊盘距离扇出孔间距为600mil时，对应上面的S11曲线中的粉色曲线，此时，在信号基频，2.5GHz及其谐波受到前三个反射峰值的影响，反射在-10dB到-5dB左右，比较大了，因此波形受到了一些影响，波形图如下：

扇出孔和电容焊盘距离为600mil

可以看到，此时，对5Gbps信号已经略有影响了，而且，当电容位置距离扇出孔更远时，信号更差；

此时，似乎信号仍然是比较好的，完全可以接受的，但是要注意，此时只考虑了，电容焊盘和扇出孔的影响，还有损耗、其他反射、串扰、抖动、连接器等诸多因素没有考虑，我们需要做的是优化好每一步；

继续看10Gbps信号：

继续看10Gbps信号：

仿真使用信号的频谱如下：

当电容焊盘距离扇出孔间距为60mil时，对应S11曲线中的蓝色曲线，此时，在信号基频，5GHz及其谐波受到第一个和第二个反射峰值的影响，基频反射在-10dB左右，不是很大，而10GHz到20GHz这一段频率分量反射则有-2dB左右，因此波形有一些高频噪声，波形图如下：

扇出孔和电容焊盘距离为60mil

 当电容焊盘距离扇出孔间距为600mil时，对应上面的S11曲线中的粉色曲线，此时，在信号基频，5GHz及其谐波受到很多个反射峰值的影响，基频反射在-5dB左右，比较大了，而10GHz到20GHz这一段频率分量反射则有-2dB左右，因此波形不仅有高频噪声，还有一些变形，波形图如下：

扇出孔和电容焊盘距离为600mil

可见，基频受到影响后，波形会非常差；

下面看25Gbps信号：

仿真使用的信号波形如下：

仿真用的信号频谱如下：

当电容焊盘距离扇出孔间距为60mil时，对应S11曲线中的蓝色曲线，此时，在信号基频，12.5GHz及其谐波受到第一个和第二个反射峰值的影响，基频反射在-5dB左右，比较大了，而25GHz到40GHz这一段频率分量反射则有-1dB左右，非常大，因此波形有比较大的高频噪声，而且波形变形比较厉害，波形图如下：

扇出孔和电容焊盘距离为600mil

当电容焊盘距离扇出孔间距为600mil时，对应S11曲线中的粉色曲线，此时，在信号基频，12.5GHz及其谐波受到多个反射峰值的影响，基频反射在-2dB左右，非常大了，而25GHz到40GHz这一段频率分量反射则有-1dB左右，非常大，因此波形有比较大的高频噪声，而且波形变形比较厉害，波形图如下：

扇出孔和电容焊盘距离为600mil

至此，我们分别对比了通道频域特性，不同速率信号波形，分析了电容位置怎样影响S参数，进而怎样影响信号的反射和噪声，从中我们可以看到，电容位置的影响至关重要，不可忽视；

同时，如果您S参数和信号反射有了新的认识，那么咱们没白忙活。

接下来，我们再来观察，当电容距离扇出线600mil时，把电容焊盘阻抗优化好，那么结果如下（蓝色）：

蓝色为焊盘优化后

扇出孔和电容焊盘之间走线为600mil TDR（过孔和扇出孔阻抗都优化好了）

下面是波形：

10Gbps

25Gbps

可见，在电容焊盘阻抗优化好之后，适当的放置远一点也是可以的。

最后，对于信号通过电容后的影响做一个小结。

小结：

1、信号AC耦合电容的作用有隔直流，电流防护等；

2、信号通过AC耦合电容，相当于过了一个带通滤波器，对于相当宽频的一个频段来说，不受影响；

3、电容焊盘处，阻抗偏低，电容焊盘越大，阻抗越低；

4、可以通过将电容焊盘下方参考层掏空来抬高阻抗；

5、掏空尺寸越大，阻抗越大；

6、电容焊盘距离参考层越远，阻抗越大；

7、电容位置对整个链路的频域特性有影响，距离越远，频域特性越差；

8、最后，不要觉得某一项因素不构成致命影响就不管了，多个这种因素加到一起可能就影响大了。

大家平时都是怎么处理电容这里的，可以不吝赐教，在后台私信我，我会整理大家的内容，发布出来，以供大家借鉴。