千兆位設備PCB的信號完整性設計

　　有損傳輸線(xiàn)等效模型如圖1，從圖中可以看出，表征損耗的是等效串連電阻R和等效并聯(lián)電導G。等效串連電阻R是直流電阻和趨膚效應引起的電阻，直流電阻為導體本身的電阻，由導體的物理結構和導體的電阻率決定。當頻率升高，趨膚效應開(kāi)始作用，趨膚效應是當高頻信號通過(guò)導體時(shí)，導體中的信號電流集中于導體表面的現象。在導體內部，沿導體截面信號電流密度呈指數衰減，電流密度減小為原來(lái)1/e時(shí)的深度叫趨膚深度。頻率越高，趨膚深度越小，導致導體的電阻增加。趨膚深度與頻率的平方根成反比。

　　等效并聯(lián)電導G也稱(chēng)為介質(zhì)損耗(Dielectric Loss)。在低頻時(shí)，等效并聯(lián)電導與介質(zhì)的體電導率和等效電容有關(guān)，而當頻率升高時(shí)，介質(zhì)損耗角開(kāi)始起主導作用。此時(shí)介質(zhì)電導率由介質(zhì)損耗角和信號頻率決定。

　　一般來(lái)說(shuō)，當頻率小于1GHz時(shí)，趨膚效應損耗起主要作用，頻率在1GHz以上時(shí)，介質(zhì)損耗占據主導。

　　在仿真軟件中可以設置介電常數、介質(zhì)損耗角、導體電導率以及截止頻率，軟件在仿真時(shí)會(huì )根據傳輸線(xiàn)的結構考慮趨膚效應與介質(zhì)損耗的影響。如果仿真衰減，一定要根據信號的帶寬設置相應的截止頻率，帶寬由信號邊沿速率決定，許多622MHz信號與2.5GHz信號邊沿速率差別不大，另外在有損傳輸線(xiàn)的模型中也可以看到等效電阻和電導隨頻率變化而不同。

　　從圖2中可看出，損耗使信號的上升沿變緩，即減小了信號的帶寬，并且損耗減小了信號的幅度。從另一方面講，這對于抑制信號過(guò)沖是有好處的。

　　傳輸線(xiàn)的串擾也會(huì )影響損耗，串擾決定于傳輸線(xiàn)物理結構、耦合長(cháng)度、信號強度和邊沿速率。在一定長(cháng)度后串擾會(huì )飽和，損耗卻不一定增加。

　　過(guò)孔和連接器的影響

　　過(guò)孔將信號輸送到板子的另一側，板間的垂直金屬部分是不可控阻抗，而且從水平方向變?yōu)榇怪狈较虻墓拯c(diǎn)是一個(gè)斷點(diǎn)，會(huì )產(chǎn)生反射，應盡量減少它的出現(圖3)。