千兆位設(shè)備PCB的信號完整性設(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)高頻信號通過導(dǎo)體時(shí)，導(dǎo)體中的信號電流集中于導(dǎo)體表面的現(xiàn)象。在導(dǎo)體內(nèi)部，沿導(dǎo)體截面信號電流密度呈指數(shù)衰減，電流密度減小為原來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)損耗角和信號頻率決定。

　　一般來說，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)信號的帶寬設(shè)置相應(yīng)的截止頻率，帶寬由信號邊沿速率決定，許多622MHz信號與2.5GHz信號邊沿速率差別不大，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，損耗使信號的上升沿變緩，即減小了信號的帶寬，并且損耗減小了信號的幅度。從另一方面講，這對于抑制信號過沖是有好處的。

　　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)、耦合長度、信號強(qiáng)度和邊沿速率。在一定長度后串?dāng)_會(huì)飽和，損耗卻不一定增加。

　　過孔和連接器的影響

　　過孔將信號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)。