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微带线拉开7H你就觉得很稳了?

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作者 | 黄刚(一博科技高速先生团队队员)
在我们接受过的众多信号完整性理论的教诲里,关于串扰有一条原则就是带状线拉开5H,微带线拉开7H,这样做的据说能够躲开百分之90以上的串扰。今天就让高速先生通过测试验证一下微带线7H的理论,看看是不是真的那么稳!

本期**的测试板参考了我们高速先生队长在上周视频中的包地理论之后,进行了进一步的延伸和扩展而设计的一款测试板。对比于视频,我们延伸的点包括了把打包地过孔的距离由视频中的400mil缩短到50mil一个过孔,另外就是在测试的频段了,由于我们高速先生的去嵌频段已经能稳定在50GHz+,因此我们能看到50GHz+的去嵌测试结果,能看到在很高频的情况下待测物的性能哈。

想回顾一下我们上周高速先生队长视频的童鞋可以点击以下链接哈,不然你们可能会跟不上本期**的节奏哦!
https://www.bilibili.com/video/BV1ff4y1y7Ci/

好,在回顾完视频之后,我们开始了本次新测试板的研究哈。在包地和不包地的情况下,我们使两根单端线(红色)的阻抗相同,两根线的gap距离为7H,H就不用高速先生再多说是什么意思了吧。然后前面说了,我们把包地过孔的距离由视频中的400mil缩短至50mil,在这样的情况下我们来看看包地和不包地的性能到底是怎么样的哈。

50mil一个地过孔其实是包地包得非常好的一个设计了,根据视频中的描述,在400mil地过孔距离的情况下,我们的包地效果会在某些频段呈现出反谐振的效果,其实这个是因为4分之一波长阻抗变换的理论造成的。那么理论上我们把地过孔打得更密之后,会不会把反谐振的频段推到50GHz之后呢?我们先来看看包地的远端串扰结果,如下所示,的确没有出现反谐振的波动点,说明50mil一个点的情况下能保证50GHz内不出现阻抗变换的反谐振点,这个顺带补充一句,具体地过孔距离与反谐振点的关系其实是可以计算的,有空高速先生可以针对这一块详细展开,这里先不啰嗦了,我们还是回到主题先。

那么现在你们肯定很着急想知道,如果只是拉开距离不包地的串扰是怎么样的呢?好,这次高速先生不卖关子了,直接对比如下。

可以看到,如果包地的地过孔设计很好的话,包地的效果就出来了,在整个50GHz的频段内,包地的串扰都是优于不包地的。**写到这里其实已经讲明白了一个设计非常好的包地,地过孔非常紧密的情况下,在同样的间距下面,包地其实还是有明显的好处的。高速先生觉得说到“明显”这两个字大家可以不太相信,不就是远端串扰的结果好几个dB而已,为什么说很明显呢?高速先生决定继续往下说。

串扰只是它的其中一个表象,我们信号传输其实最关心的还是插入损耗,也就是到底有多少能量能去到接收端。从这个指标来说,大家可能会觉得厉害很多哈,如下所示:

在不包地的情况下,插入损耗在10GHz之后就明显的变差,最后去到50GHz时,损耗几乎比包地多了50%。其实也很容易理解,因为能量是守恒的,串扰的能量多了,在阻抗一致,反射回源端的能量基本相等的情况下,传到接收端,也就是插入损耗肯定会变差啦。说白了就是损耗掉的能量去到了串扰那里了。

根据这个理论,我们再对比以下这个东西,大家就会更明白了,如果只是单线,没有串扰的情况下的插入损耗又会怎么样呢?

话不多说,直接上结果!

可以看到单线没有串扰的情况下,损耗的结果会进一步的变好。这就更说明了串扰对损耗的影响是非常大的,换句话说就是串扰消耗掉插入损耗的比例还是非常大的,尤其当串扰差于-15dB的情况下,基本上插入损耗会减小一个很大的比重。

本期**的信息量还是比较大的,因此高速先生最后对本文做一个总结,让大家更清晰的了解到本文想要表达的宗旨哈。

1.对于单端的微带线来说,在不包地的情况下7H其实并不稳,如果并行长度在inch级别的时候,串扰对于损耗的影响还是非常大的;

2.一个设计很好的包地其实是能够改善串扰的,会有正面的帮助;

3.无论是包地还是不包地,由于存在了串扰,损耗都会变差,至于变差多少就和串扰的大小成比例。

4.像单端的微带线能够走到那么高频段的情况,高速先生第一个想到的就是射频走线,像目前最高的有77GHz的毫米波,因此包地对于射频信号来说还是非常非常必要的。而相对数字信号而言,一般高速的数字信号不会是单端线,因此不在这个范围内考虑。对于微带走差分线的分析我们作为本期的问题哈。


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