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什么鬼,PCB走线也看身材?!

助工
2020-03-19 14:35:21    评分

 一博科技自媒体高速先生原创文 | 黄刚


古语有云:窈窕淑女,君子好逑,如果要各位PCB行业的高富帅从高高瘦瘦和矮胖矮胖这两种身材的美女中去选择的话,相信大多数人都会选择前者吧。那么如果传输线也有身材这一说的话,你们又会怎么选择呢?

那个,大家不要想多哈,高速先生下面说的还是正儿八经的PCB技术。恩,这篇文章应该要先从叠层说起。

 

当然叠层是形形色色的,从4层到8层到……64层都有,但是无论多少层都好,对于设计高速信号的朋友来说,最关心的就是这3层:G-S-G!
 
恩,不错,就是下面这三层。

 

尤其是对于通信设备的背板而言更是如此。PCB工程师在评估的时候最关心的是需要多少个内层可以出线,那么上面这个G-S-G的单元就是最核心的一环。例如你有板厚要求,然后确定了需要多少层内层出线可以满足之后,基本上就确定了一个G-S-G单元的厚度,然后多少个内层就由多少个G-S-G单元来构成了。
 
回到我们这边列举的那两个叠层,你会发现,G-S-G的构成也是略有不同,哪里不同呢?铜箔厚度可以不同,一般来说高速信号可以用0.5oz铜箔和1oz铜箔两种情况。如果G-S-G这个单元的厚度一定的时候,如果用0.5oz的铜箔和1oz的铜箔到底对于走线的损耗有什么区别呢?高速先生大概画出一个示意图,就很清晰了。

同样的G-S-G厚度的情况下,0.5oz铜箔和1oz铜箔的铜厚是不相同的,但是上面的示意图有一个错误的地方,根据阻抗的计算公式,如果同样要控制到阻抗100欧姆的情况下,铜厚变厚了,介质厚度不变,那么线宽就会变细,也就是正确的示意图应该是下面这样,1oz铜厚的情况下线宽肯定会比0.5oz铜厚时要细!

所以也就说本文题目所说的PCB也有身材一说,0.5oz的铜箔是矮矮胖胖,1oz的铜箔是高高瘦瘦。那么大家有没有想过这两种情况下走线的损耗会有差别吗?也就是本文要去探讨的核心内容了。
 
恩,我们按照M6级别的板材进行一个0.5oz和1oz的叠层,例如G-S-G的厚度的10mil,上面的厚度各5mil的情况下,我们算出分别的线宽大概是0.5oz的时候是4.8/9mil,1oz的时候是4.2/9mil。基本上刚好线宽少0.6mil,铜厚增加0.6mil的样子。

我们对以上的结构做一个仿真,在20inch的长线的情况下,两者的损耗对比是这样的。

在20inch走线的情况下,我们标注了10GHz这个点,损耗差别了有1dB。说明两者还是会有一定的区别,至于区别大不大,大家说了算哈,可能每个人的感觉不一样。

高速先生脑洞开得大一点,假设再给出说明个2oz铜箔,其他条件都不变的情况下会怎么样呢?虽然,做过高速PCB设计的工程师都知道,2oz铜箔作为高速线会被人笑SI。但是仿真是可以去尝试去假设的嘛。于是我们增加同样厚度情况下2oz的结构,线宽进一步缩小,大概是3.4/9mil,这是一个更高更瘦的走线。这个时候我们再仿真一下,把几种情况对比,如下所示哈。

恩,还是呈正比的关系,铜厚越厚的情况下,虽然牺牲了线宽来保证阻抗,但是损耗也是会进一步降低哈。

而且我们还做了其他的一些条件的变化,例如不同损耗因子DF 板材的变换,不同的铜箔粗糙度的变换,发现走线的铜厚与损耗的变化依然是这个趋势哈。





关键词: PCB设计 PCB走线 背板 仿真 阻抗    

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