大厂PCB设计真传：高速接口这样搞，信号稳得一批！

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3 l+ m% u* @8 l9 c) G8 r9 Q大家好，我是王工。
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4 |2 w, E' T' B* F5 w" X& @- m近期在公司PCB layout评审过程中，关于USB3.0背面接口区域是否需要做掏空处理的问题，团队中存在一些不同的见解。今天我想借此机会与大家一起探讨交流这个技术细节，看看大厂都是要求怎么做的。
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1 \9 A& R, V9 I6 B0 w7 Z- F大厂对高速接口的设计要求
在高速信号接口，如USB3.0、HDMI、PCIe、SATA等的设计规范中，一些知名芯片厂商都会提出明确的设计要求。
USB3.0座子的焊盘和AC耦合电容的焊盘下方必须挖空一层来保证阻抗的连续性，挖空的大小，不小于封装焊盘尺寸。

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HDMI座子的焊盘和TVS管的焊盘的下方必须挖空一层来保证阻抗的连续性，挖空的大小，不小于封装焊盘尺寸。
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+ v( Q1 h. f2 U8 L) T3 M8 GPCIE Slot的焊盘和AC耦合电容的焊盘的下方必须挖空一层来保证阻抗的连续性，挖空的大小，不小于封装焊盘尺寸。
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SATA座子的焊盘和AC耦合电容的焊盘的下方必须挖空一层来保证阻抗的连续性，挖空的大不小于封装焊盘尺寸。
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从原理上来理解挖空参考层的要求
, v# p8 W% k5 \; E, R7 u3 H为什么需要挖空参考层？上面其实芯片大厂也有提到，高速接口信号（如HDMI 2.1的12Gbps速率）对阻抗连续性极其敏感。焊盘和TVS管（静电保护器件）的焊盘区域由于以下原因会导致阻抗突变：
焊盘厚度增加：相比普通走线，焊盘更厚，导致局部电容增大，阻抗降低。
TVS管寄生电容：TVS管本身有寄生电容（如0.5pF~2pF），会进一步降低高频信号阻抗。

以下是各高速接口的传输线阻抗要求HDMI接口，传输线阻抗差分100ohm，±10%。
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PCIE接口，传输线阻抗差分90ohm，±10%
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SATA接口，传输线阻抗差分90ohm，±10%

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) s8 A- n, N/ T& g8 I7 e, L' KUSB3.0接口，传输线阻抗差分90ohm，±10%

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' z7 x0 {9 }3 j. \- F7 n1 W( c; R挖空相邻参考层（如GND或Power平面）的作用：
减少寄生电容：去除参考层后，焊盘与平面间的电容减小，补偿因焊盘变厚或TVS管引入的容性负载。
维持阻抗匹配：使信号路径的阻抗尽量接近设计值。
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为什么挖空尺寸≥焊盘尺寸？

电场分布影响：高速信号的电场不仅分布在焊盘正下方，还会向外扩散（边缘场效应）。若挖空区域小于焊盘，参考层边缘仍会引入额外电容。
: _) E5 @$ o, @1 b8 U4 [7 l( r制造公差：PCB加工存在对位误差，挖空稍大可确保覆盖实际焊盘区域。


- P- K# m) O- \8 ^" O总结：挖空HDMI焊盘和TVS管下方的参考层，本质是通过控制电场分布来优化阻抗连续性，是高速信号完整性的关键设计手段。

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参考内容：
% i9 ?' y- I( mhttps://support.huawei.com/enterprise/zh/doc/EDOC1100304822/16ac287
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1 b' u5 \4 j" F( P; f. @写在最后都说硬件工程师越老越吃香，这句话也告诉我们硬件也是需要积累的，王工从事硬件多年，也会不定期分享技术好文，感兴趣的同学可以加微信，或后台回复“加群”，管理员拉你加入同行技术交流群。
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