電路設計 - 减少高速PCB中訊號衰减的教程

當訊號從源通過 PCB導線 至負載, 由於跟踪電阻和介質損耗引起的能量損失，它將經歷衰减.

當高速訊號在電路板上傳播時，訊號衰减是最常見的術語。 它是導致訊號退化和信號完整性問題的主要因素之一。

什麼是訊號衰减？

訊號衰减是衡量訊號在傳輸介質中傳播時信號強度（幅度和强度）下降的一種方法。 它是電信應用中的一個重要内容，因為它將信號強度計算為距離的函數。

當接收器解碼時，當發射器提供的資訊保持不變時，可以實現無損訊號傳輸。 應滿足足够的閾值水准，以從訊號中選取正確的資訊。

如何計算訊號衰减？

訊號衰减以傳輸介質每組織長度的分貝（dB）為組織進行估計。 它可以根據功率（A p）和電壓（A v）計算。

為了避免衰减的機會，發射器發送多個訊號，以確保至少有一個訊號到達最終目的地接收器。 然而，由於需要發送這些額外的訊號，這種方法將降低整體網絡速度。

P s是源的訊號功率

P d是負載處的訊號功率

V s是電源處的訊號電壓

V d是負載處的訊號電壓

衰减越低，傳輸介質的效率越高。 衰减越大，接收端的訊號損耗越大，幅度越小。

衰减係數或衰减係數

衰减因數决定了訊號可以傳播的距離，並且仍然提供足够的數據比特或資訊。 它根據傳輸訊號的幅度如何隨頻率降低來量化不同的傳輸介質。 由以下公式得出：

AF=P輸出/P輸入

訊號衰减係數取決於：

傳輸介質長度

傳輸介質資料

物理條件

輸電線路中的訊號衰减

在傳輸線中，衰减損耗是兩種損耗的組合：導體損耗和介質損耗。 導體損耗是由於不完美的導電性和痕迹電阻，而介電損耗是由於介電材料。

長度為“l”的傳輸線的訊號衰减係數由以下公式得出：

在dB中，訊號衰减表示為：

它也可以表示為每組織長度的dB損耗，即：

注意：忽略減號，記住這是dB損耗。

上述公式表示傳輸線每組織長度的總插入損耗，可以寫成：

R/Z0是與每組織長度的導線電阻R成比例的損耗分量，稱為導體損耗。 它由αC表示。分量GZ 0與G-電介質資料的電導成比例，稱為介電損耗。 用αd表示。

與導體損耗相比, 介電損耗可以忽略不計. 高達20GHz, 與 PCB資料 (ie FR4) will not change significantly. 這是介電損耗曲線幾乎與頻率一致的主要原因. PCB電路板中發射器和接收器之間的距離通常小於1m. 因此, 可以假設介電損耗在整個頻率範圍內保持恒定. 作為傳導損耗和介電損耗之和, 總損耗以傳導損耗為主.

在試驗中使用的FR4資料的損耗正切 電路板設計 約為0.003.