在開(kāi)始布線PCB或IC之前，您需要確定要使用的走線布置。數(shù)字系統(tǒng)的三個(gè)常見(jiàn)選項(xiàng)是表面層上的微帶線，內(nèi)部層上的帶狀線或用于共模或差模路由的寬邊耦合帶狀線的布置。一旦開(kāi)始使用RF系統(tǒng)，其他類型的線路就會(huì)更有用。

如果仔細(xì)閱讀許多高速設(shè)計(jì)指南，尤其是高速PCB設(shè)計(jì)指南，就會(huì)發(fā)現(xiàn)對(duì)于高速信號(hào)使用哪種走線幾何形狀會(huì)產(chǎn)生一些沖突。兩種典型的準(zhǔn)則是：

l使用微帶線，因?yàn)樗鼈兊慕殡姄p耗較低。

l使用帶狀線，因?yàn)楦浇钠矫鎸涌商峁┢帘巍?/span>

高速PCB中沒(méi)有“最佳”走線幾何圖形可使用，上面定義的兩種幾何圖形都具有特殊的優(yōu)勢(shì)。在這些類型的走線之間進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋容^需要理解為什么微帶線上的介電損耗可以低于帶狀線上的損耗。讓我們更深入地看一下，以便我們了解電介質(zhì)損耗如何受到PCB疊層中走線幾何形狀和位置的影響。

是什么決定了微帶線上的介電損耗？

決定微帶線上介電損耗的唯一因素是電磁場(chǎng)集中的位置。每當(dāng)圍繞跡線的電磁場(chǎng)穿過(guò)有損耗的電介質(zhì)時(shí)，該場(chǎng)都會(huì)遭受損耗。微帶線中的介電損耗較低，這僅僅是因?yàn)樽呔€位于基板的表面上。跡線下半部周圍的場(chǎng)進(jìn)入電介質(zhì)，并且跡線上半部的邊緣場(chǎng)是與有損介電基片相互作用的場(chǎng)的唯一部分。

如果比較由微帶線和帶狀線上的電流產(chǎn)生的電磁場(chǎng)線，很明顯為什么微帶線中的介電損耗較低。下圖顯示了帶狀線（左）和微帶線（右）發(fā)出的電場(chǎng)的比較。請(qǐng)注意，這里的磁場(chǎng)被忽略了，因?yàn)?/span>PCB基板是非磁性的，我們只擔(dān)心振蕩極化和弛豫。從該圖像中，我們可以看到，來(lái)自微帶的場(chǎng)通過(guò)空氣，在我們開(kāi)始處理雷達(dá)頻率（?24 GHz和?77 GHz，我們開(kāi)始擔(dān)心散射）之前，它的介電損耗為零。

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在數(shù)學(xué)上，使用有效介電常數(shù)定義微帶線上的介電常數(shù)和損耗。在以下等式中為微帶定義了該定義。從該方程式，我們可以看到介電常數(shù)（實(shí)部和虛部）都較小，因此微帶線中的總介電損耗較小。由于實(shí)部（Dk值）較低，因此微帶線上的信號(hào)速度也較大。

注意，帶狀線沒(méi)有類似的方程式。這是因?yàn)閲@帶狀線的電磁場(chǎng)在終止于相鄰平面層之前完全穿過(guò)電介質(zhì)（請(qǐng)參見(jiàn)上圖）。因此，沒(méi)有有效的介電常數(shù)，帶狀線上的信號(hào)會(huì)遭受電介質(zhì)損耗的最大沖擊。

介電損耗與導(dǎo)體損耗

在平面PCB基板和半導(dǎo)體晶圓上設(shè)計(jì)走線和波導(dǎo)時(shí)，重要的是要了解可能產(chǎn)生損耗的各種影響。這些損失通常分為兩個(gè)區(qū)域

介電損耗

術(shù)語(yǔ)“介電損耗”通常是指電磁場(chǎng)和介電材料之間非常特定的相互作用。但是，該術(shù)語(yǔ)也可以擴(kuò)展為包括各種因電磁場(chǎng)和電介質(zhì)之間的相互作用而產(chǎn)生的效應(yīng)。這些效果包括：

l直流電導(dǎo)。PCB基板和半導(dǎo)體不是完美的絕緣體。電流將在保持不同電位的兩個(gè)點(diǎn)之間流動(dòng)，并且該電流將作為熱量散發(fā)。

l約束電荷的振蕩（交流損耗）。這是指在相當(dāng)?shù)偷念l率（即光子能量小于電子帶隙）下，PCB基板（或IC設(shè)計(jì)人員的半導(dǎo)體基板）中束縛電荷的激發(fā)和振蕩。這些激發(fā)的束縛電荷經(jīng)歷衰減的振蕩，并向其主體原子損失一些能量，這本身表現(xiàn)為熱量。

l吸收。一旦電磁波的頻率變得足夠大以至于光子能量與電介質(zhì)的電子帶隙相匹配，光子就會(huì)被吸收并將其能量提供給電子。這是許多光學(xué)效應(yīng)的基礎(chǔ)，在以近紅外和較短波長(zhǎng)工作的半導(dǎo)體中變得很重要。注意，在非線性材料中或通過(guò)多光子吸收，可以實(shí)現(xiàn)亞帶隙吸收。

l纖維編織產(chǎn)生的諧振功率損耗。 在周期性負(fù)載下，PCB基板中的玻璃編織物會(huì)由于相消干涉而產(chǎn)生損耗。實(shí)際上，光纖編織腔中的干擾會(huì)阻止電磁場(chǎng)在傳輸線上傳播到接收器。

l散射。當(dāng)電磁波遇到粗糙或不均勻的電介質(zhì)時(shí)，電磁波會(huì)從材料界面散射，其介電常數(shù)會(huì)有所不同。關(guān)于微帶線中的介電損耗，由于銅的粗糙度和PCB基板中的玻璃編織，在達(dá)到THz頻率之前，這種影響不會(huì)變得至關(guān)重要。

導(dǎo)體損耗

PCB和IC傳輸線上損耗的另一面是導(dǎo)體損耗。由于所有金屬的有限電導(dǎo)率以及它們?cè)谄矫婊迳系某练e方式，導(dǎo)體上會(huì)產(chǎn)生三種形式的損耗。

l直流損耗。銅的有限電導(dǎo)率會(huì)產(chǎn)生DC損耗，可以很容易地將其量化為IR降。導(dǎo)體損耗的這種來(lái)源始終存在于真實(shí)導(dǎo)體上。

l交流電損耗。趨膚效應(yīng)會(huì)引起導(dǎo)體上的交流損耗，趨膚效應(yīng)會(huì)沿著導(dǎo)體的邊緣產(chǎn)生渦流。然后，這會(huì)將電場(chǎng)集中在導(dǎo)體的邊緣，從而導(dǎo)致?lián)p耗與頻率成平方根。

l銅粗糙度。銅的任何平面沉積工藝都會(huì)產(chǎn)生粗糙的導(dǎo)體。導(dǎo)體的粗糙度然后增加了趨膚效應(yīng)損耗，這是由“銅粗糙度校正因子”引起的。看一下即將舉行的演講，以了解有關(guān)銅粗糙度及其對(duì)阻抗，損耗和阻抗匹配的影響的更多信息。

對(duì)電介質(zhì)損耗產(chǎn)生額外影響的一種導(dǎo)體損耗是電沉積蝕刻銅的粗糙度。這樣可創(chuàng)建一個(gè)有效較小的幾何形狀，該幾何形狀在PCB中的兩個(gè)相鄰導(dǎo)體層之間可見(jiàn)。下面顯示了PCB層壓板中定義的對(duì)介電損耗的影響。通過(guò)H（RMS）值定義的粗糙度會(huì)增加微帶線和帶狀線中的有效介電損耗，如下模型和公式所示。隨著板和IC繼續(xù)進(jìn)入光學(xué)領(lǐng)域（例如微波光子板和IC），散射和吸收將成為微帶線和帶狀線中介電損耗的主要貢獻(xiàn)者。

請(qǐng)注意，所有這些影響均取決于頻率（即，色散）。因?yàn)橄嚓P(guān)的材料特性（電導(dǎo)率和介電常數(shù)）與溫度有關(guān)，所以實(shí)際PCB和IC傳輸線上的損耗也與溫度有關(guān)。通常，損耗和介電常數(shù)是頻率的函數(shù)，這使得在不使用同時(shí)考慮幾何形狀和所有損耗源的優(yōu)化程序的情況下，寬帶信號(hào)的阻抗匹配變得相當(dāng)困難。