微带线设计在很多PCB设计场景中被应用,但是,有些工程师往往并不注重设计细节,导致最后的设计指标与预期相差甚远,比如设计中,会将丝印、散热金属等放在走线的上方,设计检查时会有人产生质疑,至于如何影响到实际的设计性能,往往众说纷纭、各执一词,本文通过利用CST的三维快速建模功能,演示这些设计细节是如何影响到设计本身性能的。
首先,如下图所示,从电路工作室中的Microstrip模块库中找到这两个模块,并将其配置为差分100欧姆,注意,这一步的参数设置不用特别精细,只是通过这两个模块生成三维模型;
然后,通过主菜单栏中的“All Blocks as 3D Model”功能,将上述模块自动生成三维模型,需要注意的是,生成的三维模型中并没有如下图所示的表面绿油层(阻焊层),需要手动添加,并导入材料库中的“Copper(annealed)”和“FR-4(lossy)”,对模型中的缺省材料进行替换;
因为采用的是时域求解器,因此,需要足够数量的网格对差分线结构进行剖分,否则会导致仿真结果的误差较大,可以参考如下图所示的网格划分密度;
在上述模型的基础上,如下图所示,在走线正上方,添加了一块环氧树脂以模拟摆放的丝印,并采用材料库中的“Epoxy resin”材料属性;
另外一种操作,是在走线正上方相同的位置,摆放一个金属块以模拟散热器,并采用材料库中的“Aluminum”材料属性;
从SDD21的结果对比可以看出,金属块的放置,产生了非常严重的插入损耗并伴随着剧烈的振荡,相对而言,环氧树脂块所造成的波动则较为微弱;
从SDD11的结果对比可以看到相同的趋势,金属块所造成的影响非常地严重;
从TDR的对比结果中,金属块所造成的影响更为显著,因为它的引入,导致原本的微带线结构被“篡改”成带状线结构,从而产生了明显的阻抗跌落,进而导致了剧烈地信号反射,并且影响到了传播延时;
最后,以10Gbps的NRZ码型为例,从其压力眼图的效果来看,随着损耗的加剧和阻抗的波动,所造成的眼图抖动和噪声也在逐步地加剧,尤其是金属块的不当放置,最终导致眼图质量无法满足设计要求。
因此,综上所述,微带线的设计,尤其是速率较高的应用中,应当格外注意设计的细节,避免因设计疏忽而出现非必要地设计风险。