信号完整性之玻纤效应

前面说了板材损耗，铜皮粗糙度对信号完整性的影响，但是PCB裸板板厂所使用的介质板材本身还有一个重要参数能够影响到高速信号尤其是差分信号的完整性。
常规的板材是有玻璃纤维编织而成，其结构为横竖交错如同凉席的结构，如下图所示：
不同规格的材料其编织结构

玻璃纤维交叉编织的中间缝隙往往填充的是树脂，我们知道信号传输的路径上需时时刻刻保持阻抗的一致，这时候才不会导致信号反射的发生，介质板材就是传输路径的一部分，那么理想情况下我们就要求介质板材的介电常数处处相等，由于树脂和玻璃纤维两者的介电常数不相等，这就导致了我们的传输线在前面所说的玻璃编织这种结构组成的板材上介电常数大概率不相等，其实我们经常说的介电常数是玻璃纤维和树脂两者之间的平均值，通常玻璃纤维的介电常数为6左右，而树脂为3左右。为什么说大概率不同哪，因为如果传输线映射的板材恰好就是玻璃纤维或者树脂那么传输线还是均匀的，阻抗就是处处相等的。

玻纤效应通常对差分信号的传输影响更大，这是由于差分信号对两根传输线需更好的对称进而来避免模态转换和skew的发生。intel做过一个实验，通常由于玻纤效应引起的差分对两根信号线的偏斜为4ps/inch，严重情况下为16ps/inch。所以说对于差分走线而言抛开玻璃纤维效应的影响而严格控制一对传输线之间的等长是没有意义的，基本上控制在5到10mil已经是很理想的情况啦。

不同的偏斜对信号的影响(s21参数)

当前对于玻纤效应的仿真，支持的软件并不多，HFSS需要建模才能完成；SIWave、ADS并不支持相关设置；Sigrity可以对玻纤效应进行定义。

Sigrity关于玻纤效应的设置

通常选择树脂缝隙更小的板材或者使树脂和玻璃纤维的介电常数更为接近，再或者倾斜走线都能够一定程度上避免玻纤效应带来的影响。当然离开频率谈影响是没有意义的，通常低于3G的信号传输可以不太关心玻纤效应带来的影响，除非传输距离很长超过十几个inch。