與PCB傳輸線相關的損耗構成了高速仿真/設計和信號完整性領域的重要課題。識別何時痕量損失可忽略不計可以簡化建模任務并提高仿真效率。本演示文稿包含一個數學推導,產生一個簡單的經驗法則,用于區分無損區域和有損區域。
PCB損耗評估
印刷電路板(PCB)痕跡具有可能具有的損耗對傳播的高速數字信號影響很小或顯著。
當這種損失可以忽略不計時,可以簡化建模和仿真任務。下面的圖1和圖2說明了這個概念。
圖1描述了兩種常見的PCB走線幾何結構。這種傳輸線的導體和介電元件都會引入損耗,這可能會降低信號幅度,邊緣速率,噪聲容限和系統時序(參見參考文獻[1]和[2])。
圖2a顯示了當線條理想時(參考文獻[3])具有微帶線或帶狀線跡的集總模型表示損失可以忽略不計。圖2b展示了一種更復雜的傳輸線建模,適用于需要考慮損耗的情況。在圖2中,元件R,L,C和G分別代表線路的串聯電阻,電感,并聯電容和并聯電導。
圖1 :兩種常見類型的PCB傳輸線配置:(a)微帶線; (b)帶狀線。
圖2:(a)理想無損耗和(b)有損傳輸線的集總等效表示。
重要的是要評估線路損耗何時足夠小而不能忽略,原因如下:
- 使用更簡單的傳輸線模型的可能性(例如用于SI分析的圖2a而不是更復雜的圖2b模型。
- 提高模擬效率,因為當包括線損時,模擬速度通常會降低。
- 使用較便宜的模擬的可行性軟件(有許多EDA程序成本較低但缺乏有線模型)。
傳輸線損耗包含導體和介質損耗。導體損耗可以反過來分解為DC電阻加上趨膚效應損耗,隨著頻率的增加后者變得更加顯著。在足夠高的頻率(超過1GHz)下,介電損耗與頻率成比例的影響傾向于超過歐姆電阻(頻率無關)以及趨膚效應(其隨頻率的平方根變化)。此屬性有助于確定損失何時可忽略不計的經驗法則。
經驗法則推導
衰減系數(參考與介電損耗相關的[4])由下式給出:
實例
當信號上升/下降時間Tr = 0.3 nS時,走線長度L不應大于27英寸,如果Tr = 0.1 nS則L不應超過9.0英寸,以便PCB損耗可以忽略不計。
摘要
如上所述,與PCB損失評估相關的經驗法則非常有用。在高頻情況下,當介電損耗可以作為主要傳輸線損耗元件出現時,下面的簡單推導公式可用于區分無損與損耗跡線:
L/Tr <>
(L為英寸,Tr為nS)
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參考文獻
- Stephen H. Hall,Garrett W. Hall,James A. McCall,“高 - 速度數字系統設計“互聯理論與設計實踐手冊”,John Wiley and Sons,Inc。2000,第74頁。
- Eric Bogatin,“有損傳輸線的實用分析與表征”,印刷版電路設計,2001年10月,PP。 18-20。
- Eric Bogatin,“理想的傳輸線和集總電路近似”,印刷電路設計,2002年6月,第36頁。
- Rick Hartley,“影響材料選擇“,印刷電路設計,2002年3月,PP。 10-14。
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