玻纤效应之我见

加粗样式
高速信号还是需要考虑玻纤效应的 – 鲁迅。
玻纤效应之我见_第1张图片

今天我们聊一聊玻纤效应,那什么是玻纤效应?每次说玻纤效应,就会想起童年的时候,家里没有空调,夏天用竹编凉席,见下图。编织得再紧密,交叉处还是会有空洞。
玻纤效应之我见_第2张图片

其实,我们用的电子产品里的PCB板,里面的介质层是由环氧树脂与增强材料玻纤布交织混合而成。而玻纤布由经纱(warp)与纬纱(waft)交织而成,中间的间隙导致介质层相对介电常数局部变化的现象称为玻纤效应。
玻纤效应之我见_第3张图片

为什么会产生玻纤效应?
由于玻纤布和树脂的介电常数相差较大(玻纤布一般在6左右,树脂是2.5),在靠近玻纤的走线上信号感受到的介电常数较大,而在玻纤之间窗口区域走线的信号感受到的介电常数较小,从而导致了玻纤效应。

因为产品和速率要求的不同,我们会选用不同的板材,而不同的板材有不同的编织密度,如下图所示。玻纤窗口越小,板材介电常数越均匀。
玻纤效应之我见_第4张图片

玻纤效应有什么影响?
玻纤效应对高速信号产生的影响主要体现在传输线阻抗波动和差分Skew两个方面。
由于玻纤布之间间隙的存在,造成同一条阻抗线,由于不同位置处介质层的介电常数(Er)不一致而出现阻抗突变,而影响高速信号的传输质量,影响信号的完整性。
特性阻抗计算公式
Z=87/[sqrt(Er+1.41)]}ln[5.98H/(0.8W+T)]
微带线(Microstrip)
Z=87/[sqrt(Er+1.41)]}ln[5.98H/(0.8W+T)]
带状线(Stripline)

玻纤效应会导致差分线PN间的传播速度不一致,造成Skew。速率越高,信号周期越短,Skew的影响也就越大。Skew导致链路损耗的增加,在这里就不做过多的衍伸。

玻纤效应引起的模态转换及带来严重的Skew,其影响通常在4 ps/in,在极端的情况可能达到16 ps/in。4 ps~16 ps/inch这个Skew大不大?换算成走线长度就有点直观印象了,约为24mil~96mil/inch。对比高速信号PN间等长5mil甚至2mil的物理要求,影响不言而喻。那我们该怎么解决玻纤效应?

1.避免水平或垂直走线,采用Zig-zag或者10-degree
玻纤效应之我见_第5张图片

2.注意板材角度,旋转PCB板生产
3.采用扁平E-玻纤布或者性能更好的NE-玻纤布。
玻纤效应之我见_第6张图片

4.选择玻纤窗口更小的PP/CORE
小伙伴们有没有想过,为了考虑玻纤效应,一味地选择玻纤窗口小的材料,要不要考虑其他因素的影响?
玻纤效应之我见_第7张图片

上表中,玻纤窗口越小的PP/CORE,RC含量越高,厚度越厚。而前期PCB板层叠的时候,因为板厚的限制,有些板材是需要考虑厚度的。至于选择哪一种玻纤窗口的材料,需要综合考虑,不可欲速不达。

你可能感兴趣的:(信号完整性学习之路,经验分享)