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通過(guò)清除PCB接地層來(lái)恢復(fù)導(dǎo)體損耗
通過(guò)清除PCB接地層來(lái)恢復(fù)導(dǎo)體損耗
高頻下的受控阻抗路由已經(jīng)很困難了，確保在長(zhǎng)路由或有損介質(zhì)中保持在損耗預(yù)算范圍內(nèi)非常重要。當(dāng)您必須將長(zhǎng)走線或長(zhǎng)差分對(duì)路由到連接器或其他組件時(shí)，如果您的損耗預(yù)算已接近尾聲，該怎么辦？
大多數(shù)設(shè)計(jì)師會(huì)告訴您，只要高速/高頻互連上的損耗過(guò)大，就只使用具有較低損耗角正切的替代低損耗/RF材料。如果在這些長(zhǎng)互連上出現(xiàn)損耗問(wèn)題，您還能做什么？
您可以將一個(gè)技巧用于5G設(shè)備/手機(jī)設(shè)計(jì)人員實(shí)施的微帶線。這是一種被我描述為跳過(guò)參考路由或只是跳過(guò)路由的技術(shù)。該名稱指的是跳過(guò)互連負(fù)載端的參考層，從而修改微帶走線周圍的場(chǎng)分布并降低總損耗。在本文中，我們將了解這種路由方法并解釋它如何幫助恢復(fù)有損互連中的一些損耗預(yù)算。
什么是跳過(guò)路由？
跳過(guò)路由涉及在路由負(fù)載端為微帶傳輸線清除參考層中的一些接地。一旦信號(hào)進(jìn)入具有離地間隙的區(qū)域，信號(hào)將經(jīng)歷較低的損耗。這是因?yàn)閷⒔拥貙訌淖呔€移開(kāi)的行為改變了微帶傳輸線周圍的場(chǎng)分布。這樣，只要將兩個(gè)接地區(qū)域設(shè)置為相同的電位，傳輸線阻抗現(xiàn)在就以疊層中的下一個(gè)最近層為參考。下圖顯示了這是如何工作的。
跳過(guò)路由到連接器的示例。僅明確指出了4層，但在指定的GND層之間的疊層內(nèi)部可能還有其他層。
在清除目標(biāo)組件下方區(qū)域的一些接地時(shí)，您現(xiàn)在必須調(diào)整表層微帶走線的寬度，以便保持一致的阻抗。當(dāng)走線進(jìn)入有空地的區(qū)域時(shí)，需要在空地區(qū)域內(nèi)加寬走線寬度，以使兩個(gè)區(qū)域的阻抗相等。這允許您減少清除區(qū)域中的總插入損耗，而不會(huì)在這些區(qū)域之間的界面處產(chǎn)生新的回波損耗。我在過(guò)渡區(qū)域包括了一個(gè)小錐度，理想情況下它應(yīng)該是電短的（大約是射頻信號(hào)工作波長(zhǎng)的 10%）。
使用接地?cái)嗦菲鳒p少導(dǎo)體損耗
信號(hào)所經(jīng)歷的損耗將取決于微帶線周圍的場(chǎng)線密度，但這并不一定是因?yàn)閾p耗正切發(fā)生了變化。一旦最近的接地層在微帶下方被清除并且走線以下一個(gè)接地層為參考，就可以輕松地增加走線的寬度，因?yàn)檫@將有助于走線達(dá)到其阻抗目標(biāo)。
我們?nèi)绾卧诓灰阅撤N方式改變損失正切的情況下在這條跡線上獲得一些損失減少？答案在于導(dǎo)體中的集膚效應(yīng)。通過(guò)加寬導(dǎo)體以確保清除接地區(qū)域的阻抗控制，將減少集膚效應(yīng)損失。如果我們看一下具有矩形橫截面的導(dǎo)體的集膚效應(yīng)電阻的近似公式，我們可以看到這一點(diǎn)：
具有矩形橫截面（尺寸 T x W）的傳輸線的皮膚電阻近似值。
由于這只是一個(gè)電阻值，我們應(yīng)該可以看到增加走線寬度（W）會(huì)增加橫截面積，因此電阻會(huì)降低。這有助于在走線寬度較大的區(qū)域恢復(fù)少量的電阻和無(wú)功損耗。
共面而不是使用接地切口
到目前為止，我只討論了當(dāng)我們有常規(guī)微帶線時(shí)會(huì)發(fā)生什么。如果您使用接地共面波導(dǎo)進(jìn)行設(shè)計(jì)會(huì)發(fā)生什么？不同之處在于，當(dāng)走線到地的澆注間距較低時(shí)，共面波導(dǎo)的寬度與電介質(zhì)厚度比會(huì)更小。但是，您還有另一個(gè)可以拉動(dòng)的杠桿：走線與其附近地面之間的間距。
在這里，我們有另一個(gè)版本的跳過(guò)布線：我們改變共面波導(dǎo)和微帶線的間距。如果您還記得一篇關(guān)于微帶接地間隙的較早文章，您會(huì)注意到將接地傾倒在微帶附近會(huì)降低其阻抗，這就是為什么在相同的基板厚度下，我們可以在共面波導(dǎo)中使用比微帶更細(xì)的走線。
下面的示例顯示了另一種方法，我們可以通過(guò)從狹窄的共面波導(dǎo)過(guò)渡到寬微帶線來(lái)恢復(fù)一些損耗。如果您還記得我之前關(guān)于微帶線與共面波導(dǎo)損耗的文章，您會(huì)注意到對(duì)于像ENIG這樣的典型粗糙電鍍，共面跡線將具有更大的導(dǎo)體損耗。這（部分）是由于粗糙鍍層改變了微帶線的損耗，這增加了趨膚效應(yīng)的幅度。通過(guò)從共面線過(guò)渡到帶錐度的微帶線，微帶線的損耗將低于共面部分。
進(jìn)行共面波導(dǎo)到微帶過(guò)渡時(shí)的互連幾何結(jié)構(gòu)比較。在本例中，無(wú)需清除下一層的GND。
在這個(gè)例子中，我們沒(méi)有清除下一層的任何地面。取而代之的是，我們只是清除了同一層上的接地，然后加寬了走線以保持阻抗，通過(guò)使用浸銀鍍而不是ENIG以及將阻焊層從這些線上拉下作為LPI焊料，可以減少一些額外的損耗面罩材料具有高損耗角正切。
有效的Dk怎么樣？
當(dāng)走線到接地層的距離增加時(shí)，場(chǎng)分布會(huì)發(fā)生變化，因此走線上的信號(hào)所看到的有效Dk值也會(huì)發(fā)生變化。有人可能會(huì)問(wèn)：有效Dk值會(huì)發(fā)生什么變化，它是否會(huì)改變互連沿線的總損耗？
雖然改變走線寬度確實(shí)會(huì)改變走線周圍的場(chǎng)分布，但它只會(huì)略微改變有效介電常數(shù)。這是因?yàn)槭芸刈杩顾璧膶挾扰c電介質(zhì)厚度比對(duì)于微帶來(lái)說(shuō)只是輕微的非線性，因此將電介質(zhì)厚度增加一倍需要將走線寬度幾乎增加一倍才能達(dá)到相同的阻抗。這使您的微帶線恢復(fù)到相同的有效Dk值。這應(yīng)該可以解釋為什么不需要更改損耗角正切即可在互連中恢復(fù)一些損耗。