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2017-06-30 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
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:當信號的頻率較越來越高時,信號都會趨向于導體的表面傳遞。這樣就會導致信號流過導體的相對有效面積變小,從電阻的角度來分析,這就會導致電阻增加,導致傳遞能量的損失。
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:
我們平時看到的銅箔,表面上看起來都是非常光滑的,實際上并不如你肉眼所見的那樣,銅箔并不是完全光滑的,其在進項顯微鏡下如下圖所示:
為了更加的容易理解,給大家做一個示意圖,如下圖所示:
銅箔的表面都是有很多銅牙存在的。目前小編沒有發現非常官方的數據說明普通的銅牙到底有多長,據小編看到的普通的銅箔,沒有經過處理的銅牙(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(系數)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。
前面說到,銅箔的粗糙度會影響到信號完整性,那么我們就來做一個實驗看看。原理圖如下所示,把銅箔粗糙度的設置為一個變量,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。
那么,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系數(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:當信號的速率為多少的時候,在實際項目工程中需要考慮銅箔粗糙度的影響。我的答案是,任何時候考慮都是必要的。但是綜合成本和效果來考慮的話,當信號速率超過5G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)的表面粗糙度的影響。
轉自微信公眾號:信號完整性
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