搜索【干貨】高速電路設(shè)計(jì)中不可忽略的一個(gè)重要因素【轉(zhuǎn)發(fā)】
2017-06-30 by:CAE仿真在線 來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)
在高速電路設(shè)計(jì)中,鏈路中的每一個(gè)參數(shù)都有可能導(dǎo)致傳遞的信號(hào)出問(wèn)題。今天就和大家分享一個(gè)平常大家不太注意的參數(shù)。
先回顧下在中學(xué)的時(shí)候,咱們學(xué)習(xí)的一個(gè)概念,趨膚效應(yīng):當(dāng)信號(hào)的頻率較越來(lái)越高時(shí),信號(hào)都會(huì)趨向于導(dǎo)體的表面?zhèn)鬟f。這樣就會(huì)導(dǎo)致信號(hào)流過(guò)導(dǎo)體的相對(duì)有效面積變小,從電阻的角度來(lái)分析,這就會(huì)導(dǎo)致電阻增加,導(dǎo)致傳遞能量的損失。
在電子產(chǎn)品使用的PCB,基本都是由銅箔和有機(jī)材料組成的,如下圖所示:
我們平時(shí)看到的銅箔,表面上看起來(lái)都是非常光滑的,實(shí)際上并不如你肉眼所見(jiàn)的那樣,銅箔并不是完全光滑的,其在進(jìn)項(xiàng)顯微鏡下如下圖所示:
為了更加的容易理解,給大家做一個(gè)示意圖,如下圖所示:
銅箔的表面都是有很多銅牙存在的。目前小編沒(méi)有發(fā)現(xiàn)非常官方的數(shù)據(jù)說(shuō)明普通的銅牙到底有多長(zhǎng),據(jù)小編看到的普通的銅箔,沒(méi)有經(jīng)過(guò)處理的銅牙(銅箔粗糙度)一般都是在20~30um左右。當(dāng)然,常規(guī)的根據(jù)銅箔粗糙度的厚度(系數(shù))不同,目前有標(biāo)準(zhǔn)銅箔、反轉(zhuǎn)銅箔、低粗糙度銅箔和超低粗糙度銅箔之分。
前面說(shuō)到,銅箔的粗糙度會(huì)影響到信號(hào)完整性,那么我們就來(lái)做一個(gè)實(shí)驗(yàn)看看。原理圖如下所示,把銅箔粗糙度的設(shè)置為一個(gè)變量,初始值為0,仿真的速率為10Gbps:
分別查看其眼圖和波形,如下所示:
從結(jié)果可以看到:眼圖的寬度為97ps,高度為0.652V,信號(hào)的峰值為0.479V。
那么,接下來(lái),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(dāng)粗糙度為5um的時(shí)候,眼圖的寬度為94.5ps,高度為0.532V。
當(dāng)粗糙度為10um的時(shí)候,眼圖的寬度為93ps,高度為0.499V。
當(dāng)粗糙度為15um的時(shí)候,眼圖的寬度為91ps,高度為0.424V。
當(dāng)粗糙度為20um的時(shí)候,眼圖的寬度為88.5ps,高度為0.370V。
從以上的結(jié)果,咱們可以看到當(dāng)銅箔粗糙度的系數(shù)(厚度)增加時(shí),眼圖的的margin越來(lái)越小,抖動(dòng)(Jitter)越來(lái)越大。
有的工程師經(jīng)常會(huì)問(wèn)到這樣一個(gè)問(wèn)題:當(dāng)信號(hào)的速率為多少的時(shí)候,在實(shí)際項(xiàng)目工程中需要考慮銅箔粗糙度的影響。我的答案是,任何時(shí)候考慮都是必要的。但是綜合成本和效果來(lái)考慮的話,當(dāng)信號(hào)速率超過(guò)5G以上的時(shí)候,就應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)目紤]銅箔的選擇問(wèn)題(如果設(shè)計(jì)要求不高,也可以不考慮)。
所以,當(dāng)信號(hào)的速率越來(lái)越高的時(shí)候,我們不僅僅需要關(guān)注芯片的驅(qū)動(dòng)能力、PCB介質(zhì)的介電常數(shù)、介質(zhì)損耗角、連接器、線纜等等,還需要考慮到導(dǎo)體(銅)的表面粗糙度的影響。
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