微带線(xiàn)离地间隙如何影响损耗

2021-10-12

微带線(xiàn)离地间隙如何影响损耗

我们发现，一旦浇注和走線(xiàn)之间的间距变得太小(xiǎo)，走線(xiàn)就会变成阻抗控制的共面波导（有(yǒu)或没有(yǒu)接地）。我们还看到，走線(xiàn)和接地覆铜之间的间距的 3W 规则有(yǒu)点过于保守。

本质上，如果您的目标是达到目标阻抗，并且您担心附近的倾倒可(kě)能(néng)会如何影响阻抗，那么您可(kě)以获得比 3W 规则设置的限制更近的值。但是，您可(kě)以应用(yòng)的确切间隙限制取决于電(diàn)介质的厚度；更厚的基板允许更小(xiǎo)的间隙宽度比，在一些模拟中研究发现所有(yǒu)这些都轻松地违反了实际层压厚度的 3W 规则。

虽然我们在上一篇文(wén)章中关注的是阻抗，但人们理(lǐ)所当然地会问，对损耗有(yǒu)什么影响？如果这个问题的原因不明显，或者如果您没有(yǒu)了解传输線(xiàn)设计的最新(xīn)细节，请继续阅读以了解附近的接地灌注如何影响阻抗控制互连中的损耗。

為(wèi)什么走線(xiàn)附近的地面会影响损耗？

这是一个合理(lǐ)的问题，它涉及附近的导體(tǐ)如何修改带有(yǒu)一些静電(diàn)荷或電(diàn)流密度的迹線(xiàn)周围的電(diàn)磁场分(fēn)布。要了解将接地铜浇注放置在微带線(xiàn)或带状線(xiàn)附近时会如何产生损耗，让我们看一下電(diàn)场。

在下图中，我绘制了微带線(xiàn)周围電(diàn)场的粗略草(cǎo)图。当附近有(yǒu)一些接地铜倒在与迹線(xiàn)相同的层上时，一些電(diàn)场線(xiàn)终止于导體(tǐ)的边缘。

附近有(yǒu)接地铜浇注的迹線(xiàn)周围的電(diàn)场和磁场分(fēn)布。

由于接地将场線(xiàn)拉向接地區(qū)域，因此電(diàn)磁场强烈地集中在走線(xiàn)和附近的覆铜之间的區(qū)域。您可(kě)能(néng)想知道，这如何导致更大的损失？

趋肤效应和图像電(diàn)流

现在是上一堂電(diàn)磁學(xué)课的时候了……当信号沿着走線(xiàn)传输时，其相关的電(diàn)流密度将聚集在引导信号的走線(xiàn)边缘。然而，我们在電(diàn)磁學(xué)课程中學(xué)到的典型图片仅适用(yòng)于我们考虑与所有(yǒu)其他(tā)介质（包括任何其他(tā)附近导體(tǐ)）隔离的无限長(cháng)電(diàn)線(xiàn)。实际情况是，当导體(tǐ)靠近迹線(xiàn)时，電(diàn)流会聚集在正交取向電(diàn)场最强的迹線(xiàn)區(qū)域周围，该區(qū)域沿着迹線(xiàn)的横向边缘。

電(diàn)流拥挤以及附近接地铜浇注的迹線(xiàn)周围产生的更高趋肤效应。

在我最近在一些会议上的演讲以及我从许多(duō)其他(tā)研究人员那里看到的演讲中，介绍了涉及趋肤效应的分(fēn)析计算，同时忽略了附近地平面和覆铜中的镜像電(diàn)流。这主要是為(wèi)了计算和演示期间的简洁而进行的简化。為(wèi)每个轨迹排列计算这个特定的分(fēn)布值得在 IEEE 或 JPIER 之类的期刊上发表自己的文(wén)章。然而，这是理(lǐ)解耦合電(diàn)容的作用(yòng)及其对损耗的影响的主要考虑因素。

要了解有(yǒu)关在导體(tǐ)中创建镜像電(diàn)流以及它如何扭曲趋肤效应的更多(duō)信息，请查看发表在 IEEE 上的这篇文(wén)章：

因為(wèi)電(diàn)流挤在走線(xiàn)的边缘，这增加了電(diàn)流和铜走線(xiàn)粗糙壁之间的相互作用(yòng)强度。请记住，铜粗糙度会增加趋肤效应的幅度并产生额外的有(yǒu)损阻抗。现在，要了解这种相互作用(yòng)中会发生什么，我们必须了解镀铜材料如何影响损耗。

下图显示了我在上面链接的视频中的重要图表。本质上，由于铜和镍之间的镀层结合，共面波导中传播電(diàn)流遇到的粗糙度比微带線(xiàn)大得多(duō)。同时，对于裸铜，我们看到两条传输線(xiàn)的损耗非常相似。在几 GHz 以下，每种类型的传输線(xiàn)的损耗似乎没有(yǒu)區(qū)别。

沿微带線(xiàn)和接地共面波导的外边缘電(diàn)镀造成的损耗比较。

那么您应该在互连附近使用(yòng)接地铜浇注，还是应该省略它？显然，要考虑的不仅仅是屏蔽、阻抗和损耗。热传输也被认為(wèi)是在 PCB 周围放置覆铜的原因之一。如果您确实想在高速阻抗控制走線(xiàn)周围使用(yòng)覆铜，请确保使用(yòng)一些基本测量（TDR 或S 参数）来测试您的互连。上述结果应说明為(wèi)什么浸银通常是高频/高速阻抗控制互连的電(diàn)镀选择，而不是 ENIG。

概括

公平地说，在每个信号层中不加选择地填充覆铜有(yǒu)一些缺点，其中一些我们已经在此处指出。我不同意使用(yòng)铜浇注是一种糟糕的设计实践并且永遠(yuǎn)不应该使用(yòng)的暗示，但是您应该考虑特定设计的缺点，并确保根据这些假定的缺点测试原型。浇铜的应用(yòng)可(kě)以正确使用(yòng)或不正确使用(yòng)，它的使用(yòng)有(yǒu)时被框定為(wèi)“总是”或“从不”类型的选择之一；双方可(kě)能(néng)都在断章取意地断定对方的设计选择。在任何情况下，您都需要浇铜来定义现代 RF 设计中提供屏蔽的PCB 元件，衬底集成波导和阻抗控制的共面波导。如果损失有(yǒu)问题，请确保明智地使用(yòng)它并应用(yòng)适当的電(diàn)镀。