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如何减少高速PCB线路板中的信号衰减

  • 发表时间:2021-06-17 15:17:04
  • 来源:本站
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如何减少高速PCB线路板中的信号衰减

    当信号从源头通过 PCB 导体传输到负载时,由于走线电阻和介电损耗导致能量损失,它会经历衰减。

    当高速信号在电路板上传播时,信号衰减是最普遍的术语。它是导致信号劣化并导致信号完整性问题的主要因素之一。

    什么是信号衰减?

    信号衰减是信号通过传输介质传播时信号强度(幅度和强度)降低的量度。它是电信应用中的一个重要属性,因为它将信号强度计算为距离的函数。

    当在发射机提供的信息在接收机解码时保持不变时,可以实现无损信号传输。应满足足够的阈值水平以从信号中提取正确的信息。

    信号衰减是如何计算的?

    信号衰减以每单位传输介质长度的分贝 (dB) 为单位进行估计。它可以根据功率 ( A p ) 和电压 ( A v ) 计算。

    为了避免衰减的机会,发射器发送多个信号以确保至少一个信号到达最终目的地,即接收器。但是由于需要发送那些额外的信号,这种做法会降低整体网络速度。

如何减少高速PCB线路板中的信号衰减

    在哪里:

    P s是源端的信号功率

    P d是负载处的信号功率

    V s是源端的信号电压

    V d是负载处的信号电压

    衰减越低,传输介质的效率越高。更高的衰减意味着在接收端有更多的信号损失和降低的幅度。

    衰减系数或衰减系数

    衰减因子决定了信号可以传播的距离,并且仍能提供足够的数据位或信息。它根据传输信号的幅度如何随频率降低来量化不同的传输介质。它由以下给出:

    AF = P输出/P输入

    信号衰减系数取决于:

  •     传输介质长度

  •     传输介质的材料

  •     身体状况

    传输线中的信号衰减

    在传输线中,衰减损耗是两种损耗的合并:导体损耗和介电损耗。导体损耗是由于存在不完美的导电性和迹线电阻,而介电损耗是由于介电材料造成的。

    长度为“l”的传输线的信号衰减系数由下式给出:

    如何减少高速PCB线路板中的信号衰减

    以 dB 为单位,信号衰减表示为:

    如何减少高速PCB线路板中的信号衰减

    也可以表示为单位长度的dB损耗,即:

   如何减少高速PCB线路板中的信号衰减

    注意:忽略减号,记住它是一个 dB 损失。

    上式表示传输线单位长度的总插入损耗,可写为:

    如何减少高速PCB线路板中的信号衰减

    R/Z0 是与每单位长度走线电阻 R 成正比的损耗分量,称为导体损耗。它由α C表示。分量 GZ 0与 G – 介电材料的电导成正比,称为介电损耗。它由α d表示。

   如何减少高速PCB线路板中的信号衰减

    另外,请阅读我们关于PCB传输线损耗的文章。

    与导体损耗相比,介电损耗可以忽略不计。高达 20GHz,与PCB 材料(即 FR4)相关的损耗角正切不会发生明显变化。这是介电损耗曲线几乎与频率成一条直线的主要原因。PCB中发射器和接收器之间的距离一般小于1m。因此,可以假设介电损耗在整个频率范围内保持不变。作为传导损耗和介电损耗的总和,总损耗以传导损耗为主。

    电路板设计中使用的 FR4 材料的损耗角正切约为 0.003。