案例分析

抑制Retimer芯片在22GHz的雜訊是一回事，準(zhǔn)確提供所需解決方案的理想特征參數(shù)又是另外一回事。閱讀下文，了解一家全球網(wǎng)絡(luò)技術(shù)制造商如何在對(duì)比九種不同的仿真結(jié)果后，最終選擇Laird Eccosorb GDS（經(jīng)過萊爾德實(shí)驗(yàn)室確認(rèn)的高頻吸波材料，可降低總輻射功率）作為其理想的解決方案。

通過仿真甄別適用于輻射較大的Retime和 ASIC 芯片的“最佳”吸波材料

服務(wù)器路由器電路板上使用了很多Retime和專用 (ASIC) 芯片。盡管這兩種芯片都會(huì)產(chǎn)生令人頭疼的輻射，但目前實(shí)驗(yàn)室仿真可指出相關(guān)解決方案，以減少不必要的雜訊并提高整體信號(hào)完整性。

在以下案例中，有一家全球網(wǎng)絡(luò)技術(shù)公司使用工作頻率為 22GHz 的Retimer芯片來傳輸新的信號(hào)時(shí)，很容易受到雜訊的干擾。最初，其使用墊片來抑制 Retimer和ASIC芯片產(chǎn)生的20到30GHz頻率范圍內(nèi)的雜訊。隨著數(shù)據(jù)傳輸速率的提高，墊片已無法滿足需求。該公司還考慮過使用金屬屏蔽。然而，在路由器電路板位置，若散熱器的面積比芯片大，能量就會(huì)通過路由器電路板和散熱器之間的間隙產(chǎn)生耦合。因此，需要一種新穎的解決方案來抑制信號(hào)干擾。

評(píng)估吸波材料解決方案

該公司后來選擇用射頻/微波吸波材料取代墊片來減少耦合。這種材料能夠被裁切成“相框”的形狀緊貼并環(huán)繞在Retimer和ASIC芯片周圍，進(jìn)而改善對(duì)雜訊的衰減。

問題眾多，卻鮮有準(zhǔn)確的答案。比如就厚度、寬度和類型而言，什么才是最好、最有效的吸波材料？材料參數(shù)變化如何影響高頻下的衰減性能？在低頻下，又該如何解決難題？

為了尋求幫助，該公司求助于杜邦集團(tuán)旗下萊爾德業(yè)務(wù)部的內(nèi)部仿真和建模團(tuán)隊(duì)，并使用了Ansys HFSS 全波 3D 電磁仿真軟件。萊爾德在評(píng)估不同參數(shù)的吸波材料時(shí)，會(huì)使用實(shí)驗(yàn)室仿真來計(jì)算總輻射功率 (TRP)的減少和信號(hào)衰減的程度。

研究人員對(duì)所有變量進(jìn)行評(píng)估：PCB 和散熱器尺寸、PCB 和散熱器之間的距離、可用電路板空間、吸波材料厚度和寬度以及磁填充量。目標(biāo)包括：

定義適用于每個(gè)頻率的最佳吸波材料。

確定使用特定吸波材料寬度所帶來的 TRP 影響。

確定使用特定吸波材料厚度所帶來的 TRP 影響。

針對(duì)恒定體積的吸波材料優(yōu)化寬度/厚度。

在各種吸波材料和參數(shù)中精確定位 “最佳”吸波材料和形狀尺寸。

測(cè)試各種厚度

例如，研究人員對(duì)一種吸波材料Laird Eccosorb BSR-1 進(jìn)行了評(píng)估，評(píng)估了吸波材料厚度為 2 mm、1.6 mm 和 1 mm 時(shí)的 TRP 減少效果。結(jié)果表明，在使用更厚的吸波材料后，所有頻率的 TRP 減少效果都有了明顯的改善。對(duì)最薄的 BSR-1 吸波材料 (1 ) mm的模擬結(jié)果表明，在 22 GHz 時(shí) TRP 下降了約 17db。

評(píng)估各種寬度

萊爾德的研究人員對(duì) BSR-1 進(jìn)行了更多測(cè)試，然后利用仿真來確定有效減少 TRP 的最佳吸波材料寬度。BSR-1 吸波材料使用 1.6 mm 的厚度作為基線，寬度分別設(shè)置為 1 mm、3 mm、5 mm 和 7 mm。寬度增加獲得了好的結(jié)果：7 mm（約 0.28 英寸寬）的仿真效果最好，在 22 GHz 時(shí) TRP 降低了 15db。

厚度與寬度：哪個(gè)更重要？

在保持吸波材料體積恒定且所有參數(shù)不變的情況下，研究人員得出了兩個(gè)令這家網(wǎng)絡(luò)技術(shù)公司非常感興趣的重要結(jié)論：

在較低頻率下，吸波材料厚度對(duì)于獲得最佳 TRP 減少效果更為重要。

在較高頻率下，吸波材料寬度更為重要。

性能最佳的吸波材料

為了說明不同PCB/散熱器和吸波材料尺寸帶來的差異并更好地確定 TRP 的平均減少量，萊爾德總共模擬了九種尺寸和材料組合。透過這些仿真得到的三個(gè)最重要的發(fā)現(xiàn)是：

在較低頻率下（低于 20 GHz），Laird Eccosorb FGM-40 和兩款LairdEccosorb BSR 吸波材料在減少 TRP 方面的總體表現(xiàn)最好。

在Retimer ASIC 芯片中最常見的較高頻率下（大于 20 GHz），LairdEccosorb GDS 在減少 TRP 方面的總體表現(xiàn)最好。

在 40 GHz 以上的頻率下，LairdEccosorb JCS-9 表現(xiàn)最好。

適用于高頻應(yīng)用的行之有效的吸波材料解決方案

提高數(shù)據(jù)傳輸速度需要全面、成熟的解決方案來降低輻射。在本文所述的Retimer和 ASIC 高頻應(yīng)用中，LairdEccosorb GDS 展示出較高的介電常數(shù)和高磁導(dǎo)率特性，可有效抑制空腔諧振。這種吸波材料和其他產(chǎn)品都被這家公司采納。該公司的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)無需進(jìn)行額外仿真，因?yàn)槿R爾德所作的初始工作仍行之有效。最近，萊爾德為其相框形吸波材料導(dǎo)入了新穎的模壓成型制造工藝。模壓成型可降低材料成本，實(shí)現(xiàn) 0.50 mm（約 0.02 英寸）的吸波材料公差，從而使企業(yè)用戶受益。憑借這一定制解決方案，該網(wǎng)絡(luò)技術(shù)公司成功抑制了其Retimer和 ASIC 高頻應(yīng)用中的信號(hào)干擾，使持續(xù)創(chuàng)新成為可能，讓用戶受惠。

本條內(nèi)容來自微信公眾號(hào)“萊爾德高性能材料”