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通過清除PCB接地層來恢復(fù)導(dǎo)體損耗
通過清除PCB接地層來恢復(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)您必須將長走線或長差分對路由到連接器或其他組件時，如果您的損耗預(yù)算已接近尾聲，該怎么辦？
大多數(shù)設(shè)計師會告訴您，只要高速/高頻互連上的損耗過大，就只使用具有較低損耗角正切的替代低損耗/RF材料。如果在這些長互連上出現(xiàn)損耗問題，您還能做什么？
您可以將一個技巧用于5G設(shè)備/手機(jī)設(shè)計人員實施的微帶線。這是一種被我描述為跳過參考路由或只是跳過路由的技術(shù)。該名稱指的是跳過互連負(fù)載端的參考層，從而修改微帶走線周圍的場分布并降低總損耗。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。
什么是跳過路由？
跳過路由涉及在路由負(fù)載端為微帶傳輸線清除參考層中的一些接地。一旦信號進(jìn)入具有離地間隙的區(qū)域，信號將經(jīng)歷較低的損耗。這是因為將接地層從走線移開的行為改變了微帶傳輸線周圍的場分布。這樣，只要將兩個接地區(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最近層為參考。下圖顯示了這是如何工作的。
跳過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，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，需要在空地區(qū)域內(nèi)加寬走線寬度，以使兩個區(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，而不會在這些區(qū)域之間的界面處產(chǎn)生新的回波損耗。我在過渡區(qū)域包括了一個小錐度，理想情況下它應(yīng)該是電短的（大約是射頻信號工作波長的 10%）。
使用接地斷路器減少導(dǎo)體損耗
信號所經(jīng)歷的損耗將取決于微帶線周圍的場線密度，但這并不一定是因為損耗正切發(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接地層為參考，就可以輕松地增加走線的寬度，因為這將有助于走線達(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：
具有矩形橫截面（尺寸 T x W）的傳輸線的皮膚電阻近似值。
由于這只是一個電阻值，我們應(yīng)該可以看到增加走線寬度（W）會增加橫截面積，因此電阻會降低。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)微帶線時會發(fā)生什么。如果您使用接地共面波導(dǎo)進(jìn)行設(shè)計會發(fā)生什么？不同之處在于，當(dāng)走線到地的澆注間距較低時，共面波導(dǎo)的寬度與電介質(zhì)厚度比會更小。但是，您還有另一個可以拉動的杠桿：走線與其附近地面之間的間距。
在這里，我們有另一個版本的跳過布線：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，您會注意到將接地傾倒在微帶附近會降低其阻抗，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，我們可以通過從狹窄的共面波導(dǎo)過渡到寬微帶線來恢復(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，您會注意到對于像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。通過從共面線過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)到微帶過渡時的互連幾何結(jié)構(gòu)比較。在本例中，無需清除下一層的GND。
在這個例子中，我們沒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，場分布會發(fā)生變化，因此走線上的信號所看到的有效Dk值也會發(fā)生變化。有人可能會問：有效Dk值會發(fā)生什么變化，它是否會改變互連沿線的總損耗？
雖然改變走線寬度確實會改變走線周圍的場分布，但它只會略微改變有效介電常數(shù)。這是因為受控阻抗所需的寬度與電介質(zhì)厚度比對于微帶來說只是輕微的非線性，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。