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          高速信號的表層與內層之爭

          2019-08-05 10:11 來源:凡億PCB 編輯:Angelina

          微帶線與帶狀線通俗的說法即表層走線與內層走線。兩種走線方式因為介質和參考面不同,會有明顯的差異。

          對于長距離的高速信號走線,尤其是背板之類的,尤其需要考慮損耗帶來的影響,避免高頻分量過多損失掉。因此在布線前期就需要規劃選擇一個合適的走線層,進行信號傳輸。

          今天筆者將利用 ADS 演示如何分析兩種走線模式誰更優秀,更適合高速信號。

          1、建立工作環境

          高速信號的表層與內層之爭

          2、新增原理仿真

          高速信號的表層與內層之爭

          3、放入 S 參數仿真控制器,并設置仿真頻率與掃頻間隔

          高速信號的表層與內層之爭

          4、放入傳輸線模型,這里使用兩種傳輸線模型,分別是表層走線(覆蓋阻焊,考慮阻 焊帶來的損耗)與內層走線。

          1)首先放入微帶線模型,調整參數。

          高速信號的表層與內層之爭

          2)放入內層走線模型,調整參數。

          高速信號的表層與內層之爭

          5、放置我們需要分析的走線,假設此次分析走線長度為5000mil,分別放入表層與內層同樣長度的走線。同時更改線寬,使得內層與表層阻抗均為 50Ω,排除反射造成的損耗對我們結果的影響。

          高速信號的表層與內層之爭

          6、放入 S 參數的測量端口

          高速信號的表層與內層之爭

          7、點擊按鈕開始仿真

          高速信號的表層與內層之爭

          8、點擊加入我們需要觀察對比的信息。

          高速信號的表層與內層之爭

          9、觀測結果可以發現,我們的微帶線(S21)損耗小于帶狀線(S43),因此此時微帶線有更小的傳輸損耗。

          高速信號的表層與內層之爭

          之前我們的仿真都是基于普通 FR4 的板材,而對于高速信號我們通常會使用高速板材,高速板材會有更低的損耗角正切,也就是常說的 DF。我們在這里嘗試將板材的損耗替換為高速板材。而高速板材又有很多種,其損耗角正切也各不相同,因此我們使用 調諧功能來觀察不同 DF 值板材,在長度 5000MIL 下微帶線是否仍然具有優勢?

          10、將板材損耗值改為變量 DF,對于阻焊的損耗,我們不做修改。

          高速信號的表層與內層之爭

          11、放入數值控制器,雙擊進入詳情頁面,將名字改為我們的變量名,并賦予初始值。

          高速信號的表層與內層之爭

          12、點擊仿真圖標,再次進行仿真,此時由于初始值 DF 和之前的一樣,所以仿真結果沒有差異。現在我們嘗試改變 DF 值,點擊調諧按鈕。進入調諧功能。

          高速信號的表層與內層之爭

          13、鼠標單擊需要改變的值,此處我們點擊 DF。

          高速信號的表層與內層之爭

          14、設置最大最小值,此處我們設置最大為普通 FR4 的 0.022,最小為 M6 板材的 0.002.

          高速信號的表層與內層之爭

          15、拖動最大和最小之間的滑塊,即可在仿真結果頁面看見不同 DF 值情況下微帶線和帶狀線的對比。

          高速信號的表層與內層之爭

          高速信號的表層與內層之爭

          對比結果,可見選擇了高速板材之后微帶線阻焊帶來的影響越來越嚴重,其傳輸性能逐 漸被帶狀線超過。板材的 DF 值越低,微帶線落后就越大。

          在實際的高速 PCB 設計中,濾油帶來的損耗不可忽視,在已選用高速板材的情況下, 通常建議長距離傳輸的高速信號走在內層,此時有更小的傳輸損耗。

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