Elektronisches Design - Tutorial zur Reduzierung der Signaldämpfung in Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten

Wenn das Signal von der Quelle durch die Leiterplatte zur Last, Es wird eine Dämpfung aufgrund von Energieverlust erfahren, der durch Spurenbeständigkeit und dielektrischen Verlust verursacht wird.

Wenn sich Hochgeschwindigkeitssignale auf der Leiterplatte ausbreiten, ist Signaldämpfung der gebräuchlichste Begriff. Es ist einer der Hauptfaktoren, die Signaldegradation und Signalintegritätsprobleme verursachen.

Was ist Signaldämpfung?

Die Signaldämpfung ist ein Maß für die Abnahme der Signalstärke (Amplitude und Stärke), wenn sich das Signal durch das Übertragungsmedium ausbreitet. Es ist ein wichtiges Attribut in Telekommunikationsanwendungen, da es die Signalstärke als Funktion der Entfernung berechnet.

Wenn die vom Sender bereitgestellten Informationen bei der Dekodierung des Empfängers unverändert bleiben, kann eine verlustfreie Signalübertragung erreicht werden. Ein ausreichender Schwellenwert sollte eingehalten werden, um die richtigen Informationen aus dem Signal zu extrahieren.

Wie wird die Signaldämpfung berechnet?

Die Signaldämpfung wird in Dezibel (dB) pro Längeneinheit des Übertragungsmediums geschätzt. Sie kann anhand von Leistung (A p) und Spannung (A v) berechnet werden.

Um die Möglichkeit einer Dämpfung zu vermeiden, sendet der Sender mehrere Signale, um sicherzustellen, dass mindestens ein Signal das Endziel, den Empfänger, erreicht. Aufgrund der Notwendigkeit, diese zusätzlichen Signale zu senden, wird dieser Ansatz jedoch die gesamte Netzwerkgeschwindigkeit verringern.

P s ist die Signalleistung an der Quelle

P d ist die Signalleistung an der Last

V s ist die Signalspannung an der Quelle

V d ist die Signalspannung an der Last

Je geringer die Dämpfung, desto höher der Wirkungsgrad des Übertragungsmediums. Höhere Dämpfung bedeutet mehr Signalverlust und reduzierte Amplitude am Empfangsende.

Dämpfungskoeffizient oder Dämpfungskoeffizient

Der Dämpfungsfaktor bestimmt den Abstand, den das Signal zurücklegen kann und liefert dennoch genügend Datenbits oder Informationen. Es quantifiziert verschiedene Übertragungsmedien basierend darauf, wie die Amplitude des übertragenen Signals mit der Frequenz abnimmt. Sie wird gegeben durch:

AF-AusgabeP/P-Eingang

Der Signaldämpfungsfaktor hängt von:

Mittellänge des Getriebes

Material des Übertragungsmediums

Physische Bedingungen

Signaldämpfung in der Übertragungsleitung

In einer Übertragungsleitung ist der Dämpfungsverlust eine Kombination aus zwei Arten von Verlusten: Leiterverlust und dielektrischer Verlust. Der Leitungsverlust ist auf eine unvollkommene Leitfähigkeit und Spurenbeständigkeit zurückzuführen, während der dielektrische Verlust auf dielektrische Materialien zurückzuführen ist.

Der Signaldämpfungskoeffizient einer Übertragungsleitung der Länge "l" ergibt sich aus:

In dB wird die Signaldämpfung wie folgt ausgedrückt:

Sie kann auch als dB-Verlust pro Längeneinheit ausgedrückt werden, nämlich:

Hinweis: Ignorieren Sie das Minuszeichen und denken Sie daran, dass es sich um einen dB-Verlust handelt.

Die obige Formel stellt die gesamte Einfügedämpfung pro Längeneinheit der Übertragungsleitung dar, die wie folgt geschrieben werden kann:

R/Z0 ist die Verlustkomponente proportional zum Drahtwiderstand R pro Einheitslänge, der Leiterverlust genannt wird. Die Komponente GZ 0 ist proportional zur Leitfähigkeit des G-dielektrischen Materials und wird dielektrischer Verlust genannt. Es wird repräsentiert durch α d.

Im Vergleich zu Leiterverlusten, Der dielektrische Verlust ist vernachlässigbar. Bis zu 20GHz, die Verlusttangente bezogen auf die Leiterplattenmaterial (ie FR4) will not change significantly. Dies ist der Hauptgrund, warum die dielektrische Verlustkurve fast im Einklang mit der Frequenz steht. Der Abstand zwischen Sender und Empfänger in der Leiterplatte ist im Allgemeinen kleiner als 1m. Daher, Es kann davon ausgegangen werden, dass der dielektrische Verlust im gesamten Frequenzbereich konstant bleibt. Als Summe aus Leitungsverlust und dielektrischem Verlust, der Gesamtverlust wird von Leitungsverlusten dominiert.

Die Verlusttangente des in der Leiterplattendesign ist ca. 0.003.