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如何量化传输线中的导体损耗和介质损耗呢

冬至配饺子 来源:广元兄 作者:信号完整性学习之 2022-08-15 10:44 次阅读

书接前文,讲了损耗的基础知识,还有相关损耗方面的知识需要补充。

1.衰减

信号沿传输线传播时,损耗对信号的主要影响就是使信号幅度衰减。

关于衰减,记住下面的公式

pYYBAGL5siCAFQMFAAAuieOxv0Q034.png

若功率加倍,则分贝值变化为10log(2)=10x0.3=3dB。

通常用“3dB 变化”一般指功率加倍。如果功率下降50%,则分贝值的变化为10xlog(0.5)=-3dB。

至于衰减的其他详细的知识,可以参考今天转载的一篇文章。

2.损耗

损耗的分类有多种,我们重点关注导体损耗和介质损耗。如何量化导体损耗和介质损耗。

导体损耗的公式:

pYYBAGL5sjaAdW0dAAAS2RbnybI426.png

介质损耗的公式:

poYBAGL5sjuAOht8AAAS8AsYwZU994.png

a_cond表示由导线损耗引起的单位长度衰减(单位为dB/in);

a_diel表示由介质损耗引起的单位长度衰减(单位为dB/in);

w表示线宽;f 表示正弦波频率(单位GHz);δ表示耗散因子;εr表示介电常数实部。

有时候,人会多想。

有一天,看到Intel 关于插入损耗标准表格:

poYBAGL5sk2ARfB4AAC_T3KBJIs028.png

看了好久。

之前就一直疑惑这个标准是怎么来的?心血来潮,想着既然有上面的损耗公式,那索性算一算。

先讲一下插入损耗。

射频微波电路中,以最常用的传输线为例,插入损耗(Insertion Loss)通常定义为输出端口所接收到的功率Pl与输入端口的源功率Pi之比,常用dB表示。

一般来说,插入损耗也是基于导体损耗和介质损耗为主。

根据上面的公式,填入相关参数值,得出:

导体损耗:

poYBAGL5smeAHrUOAAARK6P_BgA476.png

介质损耗:

pYYBAGL5sm2AX5J8AAATYus41F4027.png

w=4mil;Z0特性阻抗50Ω;tan(δ)&εr参考下图Mid-loss板材相关信息

poYBAGL5soWASyWBAAC2emP1SKE750.png

得出总损耗为 0.65 dB/in。

poYBAGL5souAcfytAABoGhUMirE942.png

考虑到这张插入损耗的表针对微带线和带状线分别做了要求,而计算公式没有针对微带线和带状线的而做出区分。

导体损耗和介质损耗的公式在链路的评估中能否适用于微带线?或者说这个公式是不是有应用场景的限制?这些疑惑,还是留给大家。因为认知和产品的不同,对应的标准有千差万别。我的心里已有答案,呵呵。

君子和而不同。

有一点是共识的:链路管控,重点就是控制损耗。

减小损耗就是如何减小导体损耗和介质损耗,对应的两个重要因素是:铜箔和材料。

3.补偿技术

如果信号在传输过程中,到达终端的时候,衰减很大,该怎么办?

信号的衰减过大,是可以通过相关的补偿技术来提升信号质量。

这里面牵扯到预加重、去加重和均衡概念。

预加重就是发送端增大高频分量,先补偿高频分量的损耗。

去加重是发送端减少低频分量,使得高频分量损耗后与之平衡。

上面两种又称为前馈均衡(Feed-Forward Equalization,FFE)

均衡的作用就是相当于高通滤波器,去掉串扰的危害。均衡又分为:

CTLE(Continuous-Time Linear Equalizer)连续时间线性均衡器:除低频分量,以使其与高频分量的衰减相匹配。如果又为滤波器添加大高频分量的增益以提升其幅度,这种方法称为有源连续时间线性均衡器。即使奈奎斯特的衰减高达15dB,采用连续时间线性均衡器的滤波器仍能令其恢复睁眼。

FFE(Feed-Forward Equalization)前馈均衡:额外的高频分量添加到发送端的始发信号中,这样当信号边沿到达远端,这些高频分量又被衰减到与低频分量持平。

DFE(判决反馈均衡):在接收端做相关操作,也能实现相同的效果。即使在奈奎斯特频率的总衰减高达25~35dB,只要综合施加连续实际线性均衡器、前馈均衡和判决反馈均衡技术,就可以恢复闭合的眼图。总之,均衡技术非常适用于高速串行链路。

当然,在信号传输过程中,我们还可以通过Repeater ( Retimer &Redriver)中继器来调整信号质量,来保证信号的完整性。这个留给后面再讲吧。


审核编辑:刘清

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