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千兆位设备PCB的信号完整性设计

作者:时间:2011-05-31来源:网络收藏

  有损传输线等效模型如图1,从图中可以看出,表征损耗的是等效串连电阻R和等效并联电导G。等效串连电阻R是直流电阻和趋肤效应引起的电阻,直流电阻为导体本身的电阻,由导体的物理结构和导体的电阻率决定。当频率升高,趋肤效应开始作用,趋肤效应是当高频通过导体时,导体中的电流集中于导体表面的现象。在导体内部,沿导体截面电流密度呈指数衰减,电流密度减小为原来1/e时的深度叫趋肤深度。频率越高,趋肤深度越小,导致导体的电阻增加。趋肤深度与频率的平方根成反比。

  

  等效并联电导G也称为介质损耗(Dielectric Loss)。在低频时,等效并联电导与介质的体电导率和等效电容有关,而当频率升高时,介质损耗角开始起主导作用。此时介质电导率由介质损耗角和信号频率决定。

  一般来说,当频率小于1GHz时,趋肤效应损耗起主要作用,频率在1GHz以上时,介质损耗占据主导。

  在仿真软件中可以设置介电常数、介质损耗角、导体电导率以及截止频率,软件在仿真时会根据传输线的结构考虑趋肤效应与介质损耗的影响。如果仿真衰减,一定要根据信号的带宽设置相应的截止频率,带宽由信号边沿速率决定,许多622MHz信号与2.5GHz信号边沿速率差别不大,另外在有损传输线的模型中也可以看到等效电阻和电导随频率变化而不同。

  从图2中可看出,损耗使信号的上升沿变缓,即减小了信号的带宽,并且损耗减小了信号的幅度。从另一方面讲,这对于抑制信号过冲是有好处的。

  

  传输线的串扰也会影响损耗,串扰决定于传输线物理结构、耦合长度、信号强度和边沿速率。在一定长度后串扰会饱和,损耗却不一定增加。

  过孔和连接器的影响

  过孔将信号输送到板子的另一侧,板间的垂直金属部分是不可控阻抗,而且从水平方向变为垂直方向的拐点是一个断点,会产生反射,应尽量减少它的出现(图3)。

  



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