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如何量化傳輸線中的導體損耗和介質損耗呢

冬至配餃子 ? 來源:廣元兄 ? 作者:信號完整性學習之 ? 2022-08-15 10:44 ? 次閱讀

書接前文,講了損耗的基礎知識,還有相關損耗方面的知識需要補充。

1.衰減

信號沿傳輸線傳播時,損耗對信號的主要影響就是使信號幅度衰減。

關于衰減,記住下面的公式

pYYBAGL5siCAFQMFAAAuieOxv0Q034.png

若功率加倍,則分貝值變化為10log(2)=10x0.3=3dB。

通常用“3dB 變化”一般指功率加倍。如果功率下降50%,則分貝值的變化為10xlog(0.5)=-3dB。

至于衰減的其他詳細的知識,可以參考今天轉載的一篇文章。

2.損耗

損耗的分類有多種,我們重點關注導體損耗和介質損耗。如何量化導體損耗和介質損耗。

導體損耗的公式:

pYYBAGL5sjaAdW0dAAAS2RbnybI426.png

介質損耗的公式:

poYBAGL5sjuAOht8AAAS8AsYwZU994.png

a_cond表示由導線損耗引起的單位長度衰減(單位為dB/in);

a_diel表示由介質損耗引起的單位長度衰減(單位為dB/in);

w表示線寬;f 表示正弦波頻率(單位GHz);δ表示耗散因子;εr表示介電常數實部。

有時候,人會多想。

有一天,看到Intel 關于插入損耗標準表格:

poYBAGL5sk2ARfB4AAC_T3KBJIs028.png

看了好久。

之前就一直疑惑這個標準是怎么來的?心血來潮,想著既然有上面的損耗公式,那索性算一算。

先講一下插入損耗。

射頻微波電路中,以最常用的傳輸線為例,插入損耗(Insertion Loss)通常定義為輸出端口所接收到的功率Pl與輸入端口的源功率Pi之比,常用dB表示。

一般來說,插入損耗也是基于導體損耗和介質損耗為主。

根據上面的公式,填入相關參數值,得出:

導體損耗:

poYBAGL5smeAHrUOAAARK6P_BgA476.png

介質損耗:

pYYBAGL5sm2AX5J8AAATYus41F4027.png

w=4mil;Z0特性阻抗50?;tan(δ)&εr參考下圖Mid-loss板材相關信息

poYBAGL5soWASyWBAAC2emP1SKE750.png

得出總損耗為 0.65 dB/in。

poYBAGL5souAcfytAABoGhUMirE942.png

考慮到這張插入損耗的表針對微帶線和帶狀線分別做了要求,而計算公式沒有針對微帶線和帶狀線的而做出區分。

導體損耗和介質損耗的公式在鏈路的評估中能否適用于微帶線?或者說這個公式是不是有應用場景的限制?這些疑惑,還是留給大家。因為認知和產品的不同,對應的標準有千差萬別。我的心里已有答案,呵呵。

君子和而不同。

有一點是共識的:鏈路管控,重點就是控制損耗。

減小損耗就是如何減小導體損耗和介質損耗,對應的兩個重要因素是:銅箔和材料。

3.補償技術

如果信號在傳輸過程中,到達終端的時候,衰減很大,該怎么辦?

信號的衰減過大,是可以通過相關的補償技術來提升信號質量。

這里面牽扯到預加重、去加重和均衡概念。

預加重就是發送端增大高頻分量,先補償高頻分量的損耗。

去加重是發送端減少低頻分量,使得高頻分量損耗后與之平衡。

上面兩種又稱為前饋均衡(Feed-Forward Equalization,FFE)

均衡的作用就是相當于高通濾波器,去掉串擾的危害。均衡又分為:

CTLE(Continuous-Time Linear Equalizer)連續時間線性均衡器:除低頻分量,以使其與高頻分量的衰減相匹配。如果又為濾波器添加大高頻分量的增益以提升其幅度,這種方法稱為有源連續時間線性均衡器。即使奈奎斯特的衰減高達15dB,采用連續時間線性均衡器的濾波器仍能令其恢復睜眼。

FFE(Feed-Forward Equalization)前饋均衡:額外的高頻分量添加到發送端的始發信號中,這樣當信號邊沿到達遠端,這些高頻分量又被衰減到與低頻分量持平。

DFE(判決反饋均衡):在接收端做相關操作,也能實現相同的效果。即使在奈奎斯特頻率的總衰減高達25~35dB,只要綜合施加連續實際線性均衡器、前饋均衡和判決反饋均衡技術,就可以恢復閉合的眼圖。總之,均衡技術非常適用于高速串行鏈路。

當然,在信號傳輸過程中,我們還可以通過Repeater ( Retimer &Redriver)中繼器來調整信號質量,來保證信號的完整性。這個留給后面再講吧。


審核編輯:劉清

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