微帶線拉開7H你就覺得很穩了?

來源:一博科技 時間:2020-6-22 類別:微信自媒體

公眾號 | 高速先生
B站 | 一博科技
作者 | 黃剛(一博科技高速先生團隊隊員)

在我們接受過的眾多信號完整性理論的教誨里,關于串擾有一條原則就是帶狀線拉開5H,微帶線拉開7H,這樣做的據說能夠躲開百分之90以上的串擾。今天就讓高速先生通過測試驗證一下微帶線7H的理論,看看是不是真的那么穩!
 
本期文章的測試板參考了我們高速先生隊長在上周視頻中的包地理論之后,進行了進一步的延伸和擴展而設計的一款測試板。對比于視頻,我們延伸的點包括了把打包地過孔的距離由視頻中的400mil縮短到50mil一個過孔,另外就是在測試的頻段了,由于我們高速先生的去嵌頻段已經能穩定在50GHz+,因此我們能看到50GHz+的去嵌測試結果,能看到在很高頻的情況下待測物的性能哈。
 
想回顧一下我們上周高速先生隊長視頻的童鞋可以點擊以下鏈接哈,不然你們可能會跟不上本期文章的節奏哦!

PC端朋友,可復制地址:https://www.bilibili.com/video/BV1ff4y1y7Ci/

好,在回顧完視頻之后,我們開始了本次新測試板的研究哈。在包地和不包地的情況下,我們使兩根單端線(紅色)的阻抗相同,兩根線的gap距離為7H,H就不用高速先生再多說是什么意思了吧。然后前面說了,我們把包地過孔的距離由視頻中的400mil縮短至50mil,在這樣的情況下我們來看看包地和不包地的性能到底是怎么樣的哈。
50mil一個地過孔其實是包地包得非常好的一個設計了,根據視頻中的描述,在400mil地過孔距離的情況下,我們的包地效果會在某些頻段呈現出反諧振的效果,其實這個是因為4分之一波長阻抗變換的理論造成的。那么理論上我們把地過孔打得更密之后,會不會把反諧振的頻段推到50GHz之后呢?我們先來看看包地的遠端串擾結果,如下所示,的確沒有出現反諧振的波動點,說明50mil一個點的情況下能保證50GHz內不出現阻抗變換的反諧振點,這個順帶補充一句,具體地過孔距離與反諧振點的關系其實是可以計算的,有空高速先生可以針對這一塊詳細展開,這里先不啰嗦了,我們還是回到主題先。
那么現在你們肯定很著急想知道,如果只是拉開距離不包地的串擾是怎么樣的呢?好,這次高速先生不賣關子了,直接對比如下。
可以看到,如果包地的地過孔設計很好的話,包地的效果就出來了,在整個50GHz的頻段內,包地的串擾都是優于不包地的。文章寫到這里其實已經講明白了一個設計非常好的包地,地過孔非常緊密的情況下,在同樣的間距下面,包地其實還是有明顯的好處的。高速先生覺得說到“明顯”這兩個字大家可以不太相信,不就是遠端串擾的結果好幾個dB而已,為什么說很明顯呢?高速先生決定繼續往下說。
 
串擾只是它的其中一個表象,我們信號傳輸其實最關心的還是插入損耗,也就是到底有多少能量能去到接收端。從這個指標來說,大家可能會覺得厲害很多哈,如下所示:
在不包地的情況下,插入損耗在10GHz之后就明顯的變差,最后去到50GHz時,損耗幾乎比包地多了50%。其實也很容易理解,因為能量是守恒的,串擾的能量多了,在阻抗一致,反射回源端的能量基本相等的情況下,傳到接收端,也就是插入損耗肯定會變差啦。說白了就是損耗掉的能量去到了串擾那里了。

根據這個理論,我們再對比以下這個東西,大家就會更明白了,如果只是單線,沒有串擾的情況下的插入損耗又會怎么樣呢?
話不多說,直接上結果! 
可以看到單線沒有串擾的情況下,損耗的結果會進一步的變好。這就更說明了串擾對損耗的影響是非常大的,換句話說就是串擾消耗掉插入損耗的比例還是非常大的,尤其當串擾差于-15dB的情況下,基本上插入損耗會減小一個很大的比重。
 
本期文章的信息量還是比較大的,因此高速先生最后對本文做一個總結,讓大家更清晰的了解到本文想要表達的宗旨哈。

1.對于單端的微帶線來說,在不包地的情況下7H其實并不穩,如果并行長度在inch級別的時候,串擾對于損耗的影響還是非常大的;

2.一個設計很好的包地其實是能夠改善串擾的,會有正面的幫助;

3.無論是包地還是不包地,由于存在了串擾,損耗都會變差,至于變差多少就和串擾的大小成比例。

4.像單端的微帶線能夠走到那么高頻段的情況,高速先生第一個想到的就是射頻走線,像目前最高的有77GHz的毫米波,因此包地對于射頻信號來說還是非常非常必要的。而相對數字信號而言,一般高速的數字信號不會是單端線,因此不在這個范圍內考慮。對于微帶走差分線的分析我們作為本期的問題哈。


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