降低介質(zhì)損耗

每單位長(zhǎng)度電導(dǎo)與特性阻抗之間存在重要的聯(lián)系，影響每單位長(zhǎng)度電導(dǎo)的相同幾何特征，也會(huì)影響特性阻抗，這意味著兩個(gè)項(xiàng)的乘積會(huì)抵消幾何特征的影響。

介質(zhì)損耗項(xiàng)可以簡(jiǎn)化為：

這就是說(shuō)，唯一會(huì)因介質(zhì)損耗而影響SDD21的是耗散因子Df和介電常數(shù)Dk。傳輸線(xiàn)的物理設(shè)計(jì)（例如介質(zhì)厚度、線(xiàn)寬甚至特征阻抗）不會(huì)影響介質(zhì)損耗導(dǎo)致的插入損耗。

介質(zhì)損耗的頻率相關(guān)性，是由于隨著頻率升高，偶極子旋轉(zhuǎn)越快，從而產(chǎn)生的漏電流越大。

如果要降低介質(zhì)損耗對(duì)SDD21的影響，唯一需要調(diào)整是更低的耗散因子，較低的Dk也會(huì)有所幫助，但這是平方根依賴(lài)關(guān)系，可供選擇的范圍不大。

降低導(dǎo)體損耗

當(dāng)使用低損耗電介質(zhì)（例如Megtron 6或7，甚至是新的Rogers RO1200）時(shí)，通道損耗主要由導(dǎo)體損耗決定。

如何減少導(dǎo)體損耗？假設(shè)使用的是最平滑的銅箔，則上述關(guān)系公式指出只有兩個(gè)選項(xiàng)可以減少銅損：減小單位長(zhǎng)度的電阻或者增加差分阻抗。

減小單位長(zhǎng)度電阻的唯一選擇是增加走線(xiàn)的線(xiàn)寬，較大的線(xiàn)寬將具有較低的單位長(zhǎng)度電阻。

但是，差分阻抗也會(huì)受到線(xiàn)寬的影響，通常，如果僅增加線(xiàn)寬，則差分阻抗將減小，增加線(xiàn)寬將同時(shí)減小分子和分母，最終的結(jié)果怎樣呢？

問(wèn)題就在這里，取決于線(xiàn)寬對(duì)單位長(zhǎng)度電阻和差分阻抗的影響，最終結(jié)果是，更寬的線(xiàn)可能不會(huì)大大降低插入損耗。這里是進(jìn)行詳細(xì)分析很重要的地方，2D場(chǎng)求解器是一個(gè)很好的工具，可以用作虛擬原型來(lái)分析這些折衷方案。

為什么較高的差分阻抗可能比較低的差分阻抗具有更低的損耗？如果在不改變線(xiàn)寬的情況下增加了差分阻抗，例如通過(guò)使用較厚的電介質(zhì)，則衰減將與差分阻抗的增加成正比地減小。

在差分特征阻抗從85歐姆提升到100歐姆時(shí)，在恒定的線(xiàn)寬下，差分阻抗增加18％，如果插入損耗由導(dǎo)體損耗決定，則插入損耗將降低多達(dá)18％。

如果采用保持差分阻抗恒定來(lái)設(shè)計(jì)更寬的線(xiàn)路，則插入損耗將與線(xiàn)寬成比例地減少。

以下是降低導(dǎo)體損耗的一些方法：

使用盡可能厚的介質(zhì)層

在信號(hào)層和返回層之間使用盡可能低的Dk

使用松散耦合的差分對(duì)（這比緊耦合允許更寬的線(xiàn)寬）

使用盡可能高的差分阻抗

使用能負(fù)擔(dān)得起的最光滑的銅

當(dāng)降低損耗是設(shè)計(jì)中的主要目標(biāo)時(shí)，這些應(yīng)該是設(shè)計(jì)盡可能低的導(dǎo)體損耗的指導(dǎo)原則。

僅增加線(xiàn)寬，損耗會(huì)怎樣？

對(duì)于松散耦合的帶狀差分線(xiàn)，5 mil的線(xiàn)寬，100歐姆特性阻抗，可以使用2D場(chǎng)求解器評(píng)估增加線(xiàn)寬對(duì)損耗的影響。
較寬的線(xiàn)會(huì)減小電阻，但也會(huì)減小差分阻抗，二者的比值有什么變化？在此示例中，我們將查看14 GHz的頻率，即28 Gbps NRZ信號(hào)或56 Gbps PAM4信號(hào)的奈奎斯特頻率。

在此示例中，介質(zhì)損耗被關(guān)閉，并且假設(shè)使用的是非常光滑的銅，在14 GHz時(shí)，僅因?qū)w損耗引起的每英寸插入損耗為0.404 dB /inch。這意味著對(duì)于20 inch長(zhǎng)的傳輸線(xiàn)，由導(dǎo)體損耗導(dǎo)致的14 GHz處的插入損耗為0.404 x 20 = 8.1 dB，SDD21為-8.1 dB。粗糙的銅和介質(zhì)損耗可能會(huì)使損耗增加2-4倍。

如果只是增加線(xiàn)寬，則差分阻抗將減小，插入損耗會(huì)怎樣？通過(guò)調(diào)整兩條走線(xiàn)的線(xiàn)寬，可以計(jì)算出差分阻抗和14 GHz下每英寸的插入損耗，圖3是差分阻抗和傳輸系數(shù)SDD21的圖。

隨著線(xiàn)寬的增加，插入損耗的確會(huì)變小，但是影響不會(huì)像差分阻抗幅度降低的那么大。

例如，在100歐姆差分阻抗下5mil的走線(xiàn)，在14 GHz下的插入損耗為0.404 dB /英寸，只是將線(xiàn)寬增加到7mil，差分阻抗就會(huì)降低到85歐姆，插入損耗會(huì)增加到0.37 dB /英寸。

線(xiàn)寬增加了40％，但是插入損耗僅降低了8％，這就是為什么要最大程度地降低插入損耗，請(qǐng)?jiān)诓桓淖儾罘肿杩沟那闆r下，增加線(xiàn)寬。

在此示例中，我們降低了差分阻抗，插入損耗降低了。但是，如果保持線(xiàn)寬恒定并減小差分阻抗，則插入損耗會(huì)因?qū)w損耗而增加。同時(shí)，介質(zhì)損耗將保持不變，不受差分阻抗的影響，因?yàn)樗c幾何形狀無(wú)關(guān)，而僅與材料特性有關(guān)。

總結(jié)

在探索差分通道的設(shè)計(jì)空間時(shí)，重要的是要考慮損耗的根本原因，以及設(shè)計(jì)和材料選擇如何共同發(fā)揮作用，減少導(dǎo)體損耗，不僅與增加線(xiàn)寬有關(guān)，還與減小差分阻抗有關(guān)。

如果我們要做的只是減小差分阻抗，則在線(xiàn)寬保持恒定的情況下，插入損耗可能會(huì)增加，或者在更改線(xiàn)寬以調(diào)整差分阻抗時(shí)，插入損耗可能會(huì)減小。細(xì)節(jié)很重要。這些權(quán)衡只能使用2D場(chǎng)求解器進(jìn)行具體分析。