1、板材
1.1、损耗
在传输线系统中损耗的主要来源是导体损耗、介质损耗(还有辐射损耗)。普通FR4板材在低频下信号损耗主要为导体损耗,高频则以介质损耗为主。对于高速板材则可以大大减小介质损耗,使得板材的介质损耗在很高的一个频段内低于导体损耗。
介质损耗指的是指介质材料在电场作用下,由于介质电导和介质极化的滞后效应,在其内部引起的能量损耗,这主要与PCB介质的损耗因子有关。导体损耗是指导体不理想,存在直流电阻,在电流通过时发热而引起的损耗,这主要与PCB导体的趋肤效应、粗糙度和导电率(电阻率)有关系。
在低频下信号损耗主要为导体损耗,高频则变为介质损耗。辐射损耗虽然对EMI有较大影响,但本身量级太低,对信号的影响很小。
导体损耗通常表现在趋肤效应和表面粗糙度带来的阻性损耗上。PCB上的传输线并不是光滑的,而是在其表面有类似雪球的颗粒构成,颗粒的大小和密度构成了粗糙度的大小。可以使用反转铜、压延铜等来降低表面粗糙度。
趋肤效应指随着频率的提高,交变电流集中在导体表面,而邻近效应还会进一步恶化趋肤效应带来的影响。
介质损耗分为两种:漏电流与偶极子重取向。漏电流是因为信号线与回流路径之间形成电容,会消耗交变电流。偶极子即导体本身的带电粒子,当信号经过的时候带电粒子受到电场力运动,看起来就像电流流过。漏电流和偶极子重取向的比值为损耗角正切值,通常FR4为0.02,高频板材可以降低一个数量级。
传输路径越长,损耗越严重。介质损耗更容易损耗掉高频分量的能量,使得到达接收端的某些频域的能量缺失,无法复原时域信号。可以采用均衡与预加重来补偿信号损失。比起平缓的损耗,信号在传输中更怕的是某个频段的大量损耗。可以通过使用高速板材、铜箔特殊处理等来降低传输线的损耗。