微帶線(xiàn)離地間隙如何影響損耗

2021-10-12

微帶線(xiàn)離地間隙如何影響損耗

我們發(fā)現，一旦澆注和走線(xiàn)之間的間距變得太小，走線(xiàn)就會(huì )變成阻抗控制的共面波導（有或沒(méi)有接地）。我們還看到，走線(xiàn)和接地覆銅之間的間距的 3W 規則有點(diǎn)過(guò)于保守。

本質(zhì)上，如果您的目標是達到目標阻抗，并且您擔心附近的傾倒可能會(huì )如何影響阻抗，那么您可以獲得比 3W 規則設置的限制更近的值。但是，您可以應用的確切間隙限制取決于電介質(zhì)的厚度；更厚的基板允許更小的間隙寬度比，在一些模擬中研究發(fā)現所有這些都輕松地違反了實(shí)際層壓厚度的 3W 規則。

雖然我們在上一篇文章中關(guān)注的是阻抗，但人們理所當然地會(huì )問(wèn)，對損耗有什么影響？如果這個(gè)問(wèn)題的原因不明顯，或者如果您沒(méi)有了解傳輸線(xiàn)設計的最新細節，請繼續閱讀以了解附近的接地灌注如何影響阻抗控制互連中的損耗。

為什么走線(xiàn)附近的地面會(huì )影響損耗？

這是一個(gè)合理的問(wèn)題，它涉及附近的導體如何修改帶有一些靜電荷或電流密度的跡線(xiàn)周?chē)碾姶艌?chǎng)分布。要了解將接地銅澆注放置在微帶線(xiàn)或帶狀線(xiàn)附近時(shí)會(huì )如何產(chǎn)生損耗，讓我們看一下電場(chǎng)。

在下圖中，我繪制了微帶線(xiàn)周?chē)妶?chǎng)的粗略草圖。當附近有一些接地銅倒在與跡線(xiàn)相同的層上時(shí)，一些電場(chǎng)線(xiàn)終止于導體的邊緣。

附近有接地銅澆注的跡線(xiàn)周?chē)碾妶?chǎng)和磁場(chǎng)分布。

由于接地將場(chǎng)線(xiàn)拉向接地區域，因此電磁場(chǎng)強烈地集中在走線(xiàn)和附近的覆銅之間的區域。您可能想知道，這如何導致更大的損失？

趨膚效應和圖像電流

現在是上一堂電磁學(xué)課的時(shí)候了……當信號沿著(zhù)走線(xiàn)傳輸時(shí)，其相關(guān)的電流密度將聚集在引導信號的走線(xiàn)邊緣。然而，我們在電磁學(xué)課程中學(xué)到的典型圖片僅適用于我們考慮與所有其他介質(zhì)（包括任何其他附近導體）隔離的無(wú)限長(cháng)電線(xiàn)。實(shí)際情況是，當導體靠近跡線(xiàn)時(shí)，電流會(huì )聚集在正交取向電場(chǎng)最強的跡線(xiàn)區域周?chē)?，該區域沿著(zhù)跡線(xiàn)的橫向邊緣。

電流擁擠以及附近接地銅澆注的跡線(xiàn)周?chē)a(chǎn)生的更高趨膚效應。

在我最近在一些會(huì )議上的演講以及我從許多其他研究人員那里看到的演講中，介紹了涉及趨膚效應的分析計算，同時(shí)忽略了附近地平面和覆銅中的鏡像電流。這主要是為了計算和演示期間的簡(jiǎn)潔而進(jìn)行的簡(jiǎn)化。為每個(gè)軌跡排列計算這個(gè)特定的分布值得在 IEEE 或 JPIER 之類(lèi)的期刊上發(fā)表自己的文章。然而，這是理解耦合電容的作用及其對損耗的影響的主要考慮因素。

要了解有關(guān)在導體中創(chuàng )建鏡像電流以及它如何扭曲趨膚效應的更多信息，請查看發(fā)表在 IEEE 上的這篇文章：

因為電流擠在走線(xiàn)的邊緣，這增加了電流和銅走線(xiàn)粗糙壁之間的相互作用強度。請記住，銅粗糙度會(huì )增加趨膚效應的幅度并產(chǎn)生額外的有損阻抗?，F在，要了解這種相互作用中會(huì )發(fā)生什么，我們必須了解鍍銅材料如何影響損耗。

下圖顯示了我在上面鏈接的視頻中的重要圖表。本質(zhì)上，由于銅和鎳之間的鍍層結合，共面波導中傳播電流遇到的粗糙度比微帶線(xiàn)大得多。同時(shí)，對于裸銅，我們看到兩條傳輸線(xiàn)的損耗非常相似。在幾 GHz 以下，每種類(lèi)型的傳輸線(xiàn)的損耗似乎沒(méi)有區別。

沿微帶線(xiàn)和接地共面波導的外邊緣電鍍造成的損耗比較。

那么您應該在互連附近使用接地銅澆注，還是應該省略它？顯然，要考慮的不僅僅是屏蔽、阻抗和損耗。熱傳輸也被認為是在 PCB 周?chē)胖酶层~的原因之一。如果您確實(shí)想在高速阻抗控制走線(xiàn)周?chē)褂酶层~，請確保使用一些基本測量（TDR 或S 參數）來(lái)測試您的互連。上述結果應說(shuō)明為什么浸銀通常是高頻/高速阻抗控制互連的電鍍選擇，而不是 ENIG。

概括

公平地說(shuō)，在每個(gè)信號層中不加選擇地填充覆銅有一些缺點(diǎn)，其中一些我們已經(jīng)在此處指出。我不同意使用銅澆注是一種糟糕的設計實(shí)踐并且永遠不應該使用的暗示，但是您應該考慮特定設計的缺點(diǎn)，并確保根據這些假定的缺點(diǎn)測試原型。澆銅的應用可以正確使用或不正確使用，它的使用有時(shí)被框定為“總是”或“從不”類(lèi)型的選擇之一；雙方可能都在斷章取意地斷定對方的設計選擇。在任何情況下，您都需要澆銅來(lái)定義現代 RF 設計中提供屏蔽的PCB 元件，襯底集成波導和阻抗控制的共面波導。如果損失有問(wèn)題，請確保明智地使用它并應用適當的電鍍。