高速電路設計中不可忽略的一個重要因素
發布時間:2018-05-24 責任編輯:lina
【導讀】在高速電路設計中,鏈路中的每一個參數都有可能導致傳遞的信號出問題。今天就和大家分享一個平常大家不太注意的參數。

先回顧下在中學的時候,咱們學習的一個概念,趨膚效應:當(dang)信(xin)號(hao)的(de)頻(pin)率(lv)較(jiao)越(yue)來(lai)越(yue)高(gao)時(shi),信(xin)號(hao)都(dou)會(hui)趨(qu)向(xiang)於(yu)導(dao)體(ti)的(de)表(biao)麵(mian)傳(chuan)遞(di)。這(zhe)樣(yang)就(jiu)會(hui)導(dao)致(zhi)信(xin)號(hao)流(liu)過(guo)導(dao)體(ti)的(de)相(xiang)對(dui)有(you)效(xiao)麵(mian)積(ji)變(bian)小(xiao),從(cong)電(dian)阻(zu)的(de)角(jiao)度(du)來(lai)分(fen)析(xi),這(zhe)就(jiu)會(hui)導(dao)致(zhi)電(dian)阻(zu)增(zeng)加(jia),導(dao)致(zhi)傳(chuan)遞(di)能(neng)量(liang)的(de)損(sun)失(shi)。
在電子產品使用的PCB,基本都是由銅箔和有機材料組成的,如下圖所示:

我wo們men平ping時shi看kan到dao的de銅tong箔bo,表biao麵mian上shang看kan起qi來lai都dou是shi非fei常chang光guang滑hua的de,實shi際ji上shang並bing不bu如ru你ni肉rou眼yan所suo見jian的de那na樣yang,銅tong箔bo並bing不bu是shi完wan全quan光guang滑hua的de,其qi在zai進jin項xiang顯xian微wei鏡jing下xia如ru下xia圖tu所suo示shi:

為了更加的容易理解,給大家做一個示意圖,如下圖所示:

tongbodebiaomiandoushiyouhenduotongyacunzaide。muqianxiaobianmeiyoufaxianfeichangguanfangdeshujushuomingputongdetongyadaodiyouduochang,juxiaobiankandaodeputongdetongbo,meiyoujingguochulidetongya(銅箔粗糙度)一般都是在20~30um左右。當然,常規的根據銅箔粗糙度的厚度(係數)不同,目前有標準銅箔、反轉銅箔、低粗糙度銅箔和超低粗糙度銅箔之分。
qianmianshuodao,tongbodecucaoduhuiyingxiangdaoxinhaowanzhengxing,namewomenjiulaizuoyigeshiyankankan。yuanlituruxiasuoshi,batongbocucaodudeshezhiweiyigebianliang,chushizhiwei0,仿真的速率為10Gbps:

分別查看其眼圖和波形,如下所示:

從結果可以看到:眼圖的寬度為97ps,高度為0.652V,信號的峰值為0.479V。
那麼,接下來,逐步改變銅箔粗糙度的厚度,觀察眼圖的變化,分別仿真銅箔粗糙度為5um、10um、15um和20um的情況,眼圖和波形分別如下所示:
當粗糙度為5um的時候,眼圖的寬度為94.5ps,高度為0.532V。
當粗糙度為10um的時候,眼圖的寬度為93ps,高度為0.499V。

當粗糙度為15um的時候,眼圖的寬度為91ps,高度為0.424V。

當粗糙度為20um的時候,眼圖的寬度為88.5ps,高度為0.370V。

從以上的結果,咱們可以看到當銅箔粗糙度的係數(厚度)增加時,眼圖的的margin越來越小,抖動(Jitter)越來越大。
有的工程師經常會問到這樣一個問題:當dang信xin號hao的de速su率lv為wei多duo少shao的de時shi候hou,在zai實shi際ji項xiang目mu工gong程cheng中zhong需xu要yao考kao慮lv銅tong箔bo粗cu糙cao度du的de影ying響xiang。我wo的de答da案an是shi,任ren何he時shi候hou考kao慮lv都dou是shi必bi要yao的de。但dan是shi綜zong合he成cheng本ben和he效xiao果guo來lai考kao慮lv的de話hua,當dang信xin號hao速su率lv超chao過guo5G以上的時候,就應當適當的考慮銅箔的選擇問題(如果設計要求不高,也可以不考慮)。
所以,當信號的速率越來越高的時候,我們不僅僅需要關注芯片的驅動能力、PCB介質的介電常數、介質損耗角、連接器、線纜等等,還需要考慮到導體(銅)的表麵粗糙度的影響。
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