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06-02 19:28

玻纤效应

大家好,我是广元兄。很高兴和大家分享信号完整性的相关知识。希望大家点赞,分享。有什么问题加微交流学习,微信号【SI_Basic】。

Slogan:一起学习,共同进步!

我们用的电子产品里的PCB板,使用的半固化片(pp)以及固化片(core)等材料压合而成,这里面其实有两部分材质:玻璃纤维和树脂。玻璃纤维由经纬方向编织而成,中间会有空隙,树脂会对其填充,信号在玻璃纤维和树脂中传播速度不同,这就是玻纤效应。

玻纤效应带来的影响:P/N信号传播中会有时间差,从源端到终端会有误差,这也是我们常说的P-N skew。

为什么会产生玻纤效应?

由于玻纤布和树脂的相对介电常数相差较大(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以及经纬向玻纤之间的叠合,会导致板面不同位置处阻抗产生差异。同一条阻抗线,由于不同位置处介质层的有限介电常数不一致,TDR曲线会出现波动,从而影响高速信号的传输质量,影响信号的完整性。

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。

下图为相关规范文档给出关于玻纤效应的影响:

将其量化一下:玻纤效应引起的模态转换及带来严重的Skew,其影响通常在4ps/in,在极端的情况可能达到16ps/in

4ps~16ps/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。对比下高速信号PN间等长5mil甚至2mil的要求,这个影响实在是太大了。

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

有些规范给出走Zig-zag或者10-degree量化指标,不同的速率不同走线长度要求:

2.选择玻纤窗口更小的PP/CORE

3.采用扁平E-玻纤布或者性能更好的NE-玻纤布。对玻纤布进行开纤处理,即将玻纤维打扁。PCB介电层通常取决于玻纤布类型:E-玻纤布(Electrical Glass、E-glass)、扁平E-玻纤布(Miracle Super Glass、MS-glass)、NE-玻纤布(NE-glass)。

4.注意板材角度,旋转PCB板生产

实际工作中,一般来说高速信号要求skew要小于0.2UI,对于高速产品动不动10 inches长的高速信号走线来讲,玻纤效应引起的skew已经超出了0.2UI的要求。

Skew会造成时域上差模转共模,能量转移,频域上PN相位偏移,造成插损增加,导致测试眼高变小,眼图趋于闭合。

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  • abcd8 3天前
    感谢,这是之前不曾接触到的知识点。
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