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通过清除PCB接地层来恢复导体损耗
通过清除PCB接地层来恢复导体损耗
高频下的受控阻抗路由已经很困难了，确保在长路由或有损介质中保持在损耗预算范围内非常重要。当您必须将长走线或长差分对路由到连接器或其他组件时，如果您的损耗预算已接近尾声，该怎么办？
大多数设计师会告诉您，只要高速/高频互连上的损耗过大，就只使用具有较低损耗角正切的替代低损耗/RF材料。如果在这些长互连上出现损耗问题，您还能做什么？
您可以将一个技巧用于5G设备/手机设计人员实施的微带线。这是一种被我描述为跳过参考路由或只是跳过路由的技术。该名称指的是跳过互连负载端的参考层，从而修改微带走线周围的场分布并降低总损耗。在本文中，我们将了解这种路由方法并解释它如何帮助恢复有损互连中的一些损耗预算。
什么是跳过路由？
跳过路由涉及在路由负载端为微带传输线清除参考层中的一些接地。一旦信号进入具有离地间隙的区域，信号将经历较低的损耗。这是因为将接地层从走线移开的行为改变了微带传输线周围的场分布。这样，只要将两个接地区域设置为相同的电位，传输线阻抗现在就以叠层中的下一个最近层为参考。下图显示了这是如何工作的。
跳过路由到连接器的示例。仅明确指出了4层，但在指定的GND层之间的叠层内部可能还有其他层。
在清除目标组件下方区域的一些接地时，您现在必须调整表层微带走线的宽度，以便保持一致的阻抗。当走线进入有空地的区域时，需要在空地区域内加宽走线宽度，以使两个区域的阻抗相等。这允许您减少清除区域中的总插入损耗，而不会在这些区域之间的界面处产生新的回波损耗。我在过渡区域包括了一个小锥度，理想情况下它应该是电短的（大约是射频信号工作波长的 10%）。
使用接地断路器减少导体损耗
信号所经历的损耗将取决于微带线周围的场线密度，但这并不一定是因为损耗正切发生了变化。一旦最近的接地层在微带下方被清除并且走线以下一个接地层为参考，就可以轻松地增加走线的宽度，因为这将有助于走线达到其阻抗目标。
我们如何在不以某种方式改变损失正切的情况下在这条迹线上获得一些损失减少？答案在于导体中的集肤效应。通过加宽导体以确保清除接地区域的阻抗控制，将减少集肤效应损失。如果我们看一下具有矩形横截面的导体的集肤效应电阻的近似公式，我们可以看到这一点：
具有矩形横截面（尺寸 T x W）的传输线的皮肤电阻近似值。
由于这只是一个电阻值，我们应该可以看到增加走线宽度（W）会增加横截面积，因此电阻会降低。这有助于在走线宽度较大的区域恢复少量的电阻和无功损耗。
共面而不是使用接地切口
到目前为止，我只讨论了当我们有常规微带线时会发生什么。如果您使用接地共面波导进行设计会发生什么？不同之处在于，当走线到地的浇注间距较低时，共面波导的宽度与电介质厚度比会更小。但是，您还有另一个可以拉动的杠杆：走线与其附近地面之间的间距。
在这里，我们有另一个版本的跳过布线：我们改变共面波导和微带线的间距。如果您还记得一篇关于微带接地间隙的较早文章，您会注意到将接地倾倒在微带附近会降低其阻抗，这就是为什么在相同的基板厚度下，我们可以在共面波导中使用比微带更细的走线。
下面的示例显示了另一种方法，我们可以通过从狭窄的共面波导过渡到宽微带线来恢复一些损耗。如果您还记得我之前关于微带线与共面波导损耗的文章，您会注意到对于像ENIG这样的典型粗糙电镀，共面迹线将具有更大的导体损耗。这（部分）是由于粗糙镀层改变了微带线的损耗，这增加了趋肤效应的幅度。通过从共面线过渡到带锥度的微带线，微带线的损耗将低于共面部分。
进行共面波导到微带过渡时的互连几何结构比较。在本例中，无需清除下一层的GND。
在这个例子中，我们没有清除下一层的任何地面。取而代之的是，我们只是清除了同一层上的接地，然后加宽了走线以保持阻抗，通过使用浸银镀而不是ENIG以及将阻焊层从这些线上拉下作为LPI焊料，可以减少一些额外的损耗面罩材料具有高损耗角正切。
有效的Dk怎么样？
当走线到接地层的距离增加时，场分布会发生变化，因此走线上的信号所看到的有效Dk值也会发生变化。有人可能会问：有效Dk值会发生什么变化，它是否会改变互连沿线的总损耗？
虽然改变走线宽度确实会改变走线周围的场分布，但它只会略微改变有效介电常数。这是因为受控阻抗所需的宽度与电介质厚度比对于微带来说只是轻微的非线性，因此将电介质厚度增加一倍需要将走线宽度几乎增加一倍才能达到相同的阻抗。这使您的微带线恢复到相同的有效Dk值。这应该可以解释为什么不需要更改损耗角正切即可在互连中恢复一些损耗。