导体损耗到底有多大?

随着时代发展,信号速率与时具增,与此同时,信号在通道中的损耗也成为了信号的首要“敌人”。

而传输线的损耗主要由介质损耗和导体损耗组成,后者在仿真时很有可能被忽略,下面我们来看看导体损耗到底是什么量级;

分别在HFSS和3Dlayout中建立同样的传输线模型,先仿真对比两个软件中的求解结果,模型和S参数分别如下:

通过对比,可以看见,二者仿真结果非常一致,所以之后导体损耗的仿真和对比就用3Dlayout进行。

仿真模型中的传输线长度为100mil(为了节省仿真世间),通过waveport的去嵌功能,将其延伸为1in,后续进行对比的损耗都是在1in长度的传输线基础上进行的,下面对比考虑导体损耗和不考虑导体损耗两种情况的对比:

图中红色曲线为不考虑导体损耗,也就是只有介质损耗时的损耗曲线,浅绿色曲线为介质损耗+导体损耗,通过对比,可以看到导体损耗占有很大比重,上述还没有考虑到导体表面的粗糙度问题,众所周知,导体表面是很粗糙的,其在显微镜下的图像如下:

可以看到导体表面是很粗糙的,而信号随着速率的提升,信号在导体中的趋肤效应也越明显,这一点可以用趋肤深度表示:

可以看到随着频率升高,趋肤深度越小,频率在25GHz时,铜导体的趋肤深度大约为0.41um,而普通的RTF铜箔的粗糙度Ra大约为3um-5um,因此需要粗糙度更加低的铜箔--HVLP,这种铜箔的粗糙度大概为0.5um左右,可见导体表面粗糙度对导体损耗有很大影响,下面对比3Dlayout中默认的两种导体粗糙度模式Groisse和Huray,设置采用软件默认设置,S参数如下:

 

添加Grossie模型的损耗曲线

添加Huray的损耗曲线

通过仿真对比,可以看见导体损耗进一步变大,不同的模型结果也有所不同,所以在仿真时需要充分考虑导体损耗以及导体表面粗糙度的影响。

当然本次仿真只是趋势性的仿真,在实际的项目中,需要和PCB厂家沟通,然后进行仿真、测试拟合,才能得出比较准确的损耗,而多数情况则是需要通过仿真得到大概的损耗量级更加实际。

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