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微带线离地间隙如何影响损耗
微带线离地间隙如何影响损耗
我们发现，一旦浇注和走线之间的间距变得太小，走线就会变成阻抗控制的共面波导（有或没有接地）。我们还看到，走线和接地覆铜之间的间距的 3W 规则有点过于保守。
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能会如何影响阻抗，那么您可以获得比 3W 规则设置的限制更近的值。但是，您可以应用的确切间隙限制取决于电介质的厚度；更厚的基板允许更小的间隙宽度比，在一些模拟中研究发现所有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章中关注的是阻抗，但人们理所当然地会问，对损耗有什么影响？如果这个问题的原因不明显，或者如果您没有了解传输线设计的最新细节，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。
为什么走线附近的地面会影响损耗？
这是一个合理的问题，它涉及附近的导体如何修改带有一些静电荷或电流密度的迹线周围的电磁场分布。要了解将接地铜浇注放置在微带线或带状线附近时会如何产生损耗，让我们看一下电场。
在下图中，我绘制了微带线周围电场的粗略草图。当附近有一些接地铜倒在与迹线相同的层上时，一些电场线终止于导体的边缘。
附近有接地铜浇注的迹线周围的电场和磁场分布。
由于接地将场线拉向接地区域，因此电磁场强烈地集中在走线和附近的覆铜之间的区域。您可能想知道，这如何导致更大的损失？
趋肤效应和图像电流
现在是上一堂电磁学课的时候了……当信号沿着走线传输时，其相关的电流密度将聚集在引导信号的走线边缘。然而，我们在电磁学课程中学到的典型图片仅适用于我们考虑与所有其他介质（包括任何其他附近导体）隔离的无限长电线。实际情况是，当导体靠近迹线时，电流会聚集在正交取向电场最强的迹线区域周围，该区域沿着迹线的横向边缘。
电流拥挤以及附近接地铜浇注的迹线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其他研究人员那里看到的演讲中，介绍了涉及趋肤效应的分析计算，同时忽略了附近地平面和覆铜中的镜像电流。这主要是为了计算和演示期间的简洁而进行的简化。为每个轨迹排列计算这个特定的分布值得在 IEEE 或 JPIER 之类的期刊上发表自己的文章。然而，这是理解耦合电容的作用及其对损耗的影响的主要考虑因素。
要了解有关在导体中创建镜像电流以及它如何扭曲趋肤效应的更多信息，请查看发表在 IEEE 上的这篇文章：
因为电流挤在走线的边缘，这增加了电流和铜走线粗糙壁之间的相互作用强度。请记住，铜粗糙度会增加趋肤效应的幅度并产生额外的有损阻抗。现在，要了解这种相互作用中会发生什么，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，共面波导中传播电流遇到的粗糙度比微带线大得多。同时，对于裸铜，我们看到两条传输线的损耗非常相似。在几 GHz 以下，每种类型的传输线的损耗似乎没有区别。
沿微带线和接地共面波导的外边缘电镀造成的损耗比较。
那么您应该在互连附近使用接地铜浇注，还是应该省略它？显然，要考虑的不仅仅是屏蔽、阻抗和损耗。热传输也被认为是在 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线周围使用覆铜，请确保使用一些基本测量（TDR 或S 参数）来测试您的互连。上述结果应说明为什么浸银通常是高频/高速阻抗控制互连的电镀选择，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一些缺点，其中一些我们已经在此处指出。我不同意使用铜浇注是一种糟糕的设计实践并且永远不应该使用的暗示，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。浇铜的应用可以正确使用或不正确使用，它的使用有时被框定为“总是”或“从不”类型的选择之一；双方可能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。如果损失有问题，请确保明智地使用它并应用适当的电镀。