千兆位設(shè)備PCB的信號(hào)完整性設(shè)計(jì)
有損傳輸線等效模型如圖1,從圖中可以看出,表征損耗的是等效串連電阻R和等效并聯(lián)電導(dǎo)G。等效串連電阻R是直流電阻和趨膚效應(yīng)引起的電阻,直流電阻為導(dǎo)體本身的電阻,由導(dǎo)體的物理結(jié)構(gòu)和導(dǎo)體的電阻率決定。當(dāng)頻率升高,趨膚效應(yīng)開始作用,趨膚效應(yīng)是當(dāng)高頻信號(hào)通過(guò)導(dǎo)體時(shí),導(dǎo)體中的信號(hào)電流集中于導(dǎo)體表面的現(xiàn)象。在導(dǎo)體內(nèi)部,沿導(dǎo)體截面信號(hào)電流密度呈指數(shù)衰減,電流密度減小為原來(lái)1/e時(shí)的深度叫趨膚深度。頻率越高,趨膚深度越小,導(dǎo)致導(dǎo)體的電阻增加。趨膚深度與頻率的平方根成反比。
等效并聯(lián)電導(dǎo)G也稱為介質(zhì)損耗(Dielectric Loss)。在低頻時(shí),等效并聯(lián)電導(dǎo)與介質(zhì)的體電導(dǎo)率和等效電容有關(guān),而當(dāng)頻率升高時(shí),介質(zhì)損耗角開始起主導(dǎo)作用。此時(shí)介質(zhì)電導(dǎo)率由介質(zhì)損耗角和信號(hào)頻率決定。
一般來(lái)說(shuō),當(dāng)頻率小于1GHz時(shí),趨膚效應(yīng)損耗起主要作用,頻率在1GHz以上時(shí),介質(zhì)損耗占據(jù)主導(dǎo)。
在仿真軟件中可以設(shè)置介電常數(shù)、介質(zhì)損耗角、導(dǎo)體電導(dǎo)率以及截止頻率,軟件在仿真時(shí)會(huì)根據(jù)傳輸線的結(jié)構(gòu)考慮趨膚效應(yīng)與介質(zhì)損耗的影響。如果仿真衰減,一定要根據(jù)信號(hào)的帶寬設(shè)置相應(yīng)的截止頻率,帶寬由信號(hào)邊沿速率決定,許多622MHz信號(hào)與2.5GHz信號(hào)邊沿速率差別不大,另外在有損傳輸線的模型中也可以看到等效電阻和電導(dǎo)隨頻率變化而不同。
從圖2中可看出,損耗使信號(hào)的上升沿變緩,即減小了信號(hào)的帶寬,并且損耗減小了信號(hào)的幅度。從另一方面講,這對(duì)于抑制信號(hào)過(guò)沖是有好處的。
傳輸線的串?dāng)_也會(huì)影響損耗,串?dāng)_決定于傳輸線物理結(jié)構(gòu)、耦合長(zhǎng)度、信號(hào)強(qiáng)度和邊沿速率。在一定長(zhǎng)度后串?dāng)_會(huì)飽和,損耗卻不一定增加。
過(guò)孔和連接器的影響
過(guò)孔將信號(hào)輸送到板子的另一側(cè),板間的垂直金屬部分是不可控阻抗,而且從水平方向變?yōu)榇怪狈较虻墓拯c(diǎn)是一個(gè)斷點(diǎn),會(huì)產(chǎn)生反射,應(yīng)盡量減少它的出現(xiàn)(圖3)。
評(píng)論