高速信号的表层与内层之争
凡亿教育
2020年01月04日 16:30

微带线与带状线通俗的说法即表层走线与内层走线。两种走线方式因为介质和参考面不  同,会有明显的差异。

 对于长距离的高速信号走线,尤其是背板之类的,尤其需要考虑损耗带来的影响,避免高频分量过多损失掉。因此在布线前期就需要规划选择一个合适的走线层,进行信号传输。

 在这里利用 ADS 演示如何分析两种走线模式谁更优秀,更适合高速信号。

 1. 建立工作环境

2. 新增原理仿真

3. 放入 S 参数仿真控制器,并设置仿真频率与扫频间隔

 4. 放入传输线模型,这里使用两种传输线模型,分别是表层走线(覆盖阻焊,考虑阻  焊带来的损耗)与内层走线。

 首先放入微带线模型,调整参数。

放入内层走线模型,调整参数。

5 .放置我们需要分析的走线,假设此次分析走线长度为  5000mil,分别放入表层与内层同样长度的走线。同时更改线宽,使得内层与表层阻抗均为 50Ω,排除反射造成的损耗对我们结果的影响。

6. 放入 S 参数的测量端口

7. 点击按钮开始仿真

8. 点击加入我们需要观察对比的信息。

 9. 观测结果可以发现,我们的微带线(S21)损耗小于带状线(S43),因此此时微带线有更小的传输损耗。

之前我们的仿真都是基于普通 FR4 的板材,而对于高速信号我们通常会使用高速板材,高速板材会有更低的损耗角正切,也就是常说的 DF。我们在这里尝试将板材的损耗替换为高速板材。而高速板材又有很多种,其损耗角正切也各不相同,因此我们使用  调谐功能来观察不同 DF 值板材,在长度 5000MIL 下微带线是否仍然具有优势?

10. 将板材损耗值改为变量 DF,对于阻焊的损耗,我们不做修改。

11. 放入数值控制器,双击进入详情页面,将名字改为我们的变量名,并赋予初始值。

12.点击仿真图标,再次进行仿真,此时由于初始值 DF 和之前的一样,所以仿真结果没有差异。现在我们尝试改变 DF 值,点击调谐按钮。进入调谐功能。

13.鼠标单击需要改变的值,此处我们点击 DF。

14. 设置最大最小值,此处我们设置最大为普通 FR4 的 0.022,最小为 M6 板材的 0.002.

15. 拖动最大和最小之间的滑块,即可在仿真结果页面看见不同 DF 值情况下微带线和带状线的对比。

对比结果,可见选择了高速板材之后微带线阻焊带来的影响越来越严重,其传输性能逐  渐被带状线超过。板材的 DF 值越低,微带线落后就越大。

在实际的高速 PCB 设计中,绿油带来的损耗不可忽视,在已选用高速板材的情况下, 通常建议长距离传输的高速信号走在内层,此时有更小的传输损耗。