高速傳輸High speed

數位信號的高速傳輸,最重要的就是信號的完整性,依照發生原因可分6大項來討論.

1. 由於信號反射造成信號品質不佳:
    信號(電磁波)在傳輸時,由於傳輸線的阻抗變化或阻抗不匹配,會造成信號(電磁波)的反射,
    此時反射波對入射波(信號)來說便是一種雜訊.
    %(反射) = 100 x ABS((Zl-Zo)/Zl+Zo)), Zl是負載的阻抗, Zo是傳輸線的特性阻抗.
    阻抗控制的目的是把阻抗控制在一定的範圍內,數位信號一般是+-10%.

2. Cross talk:
    Cross talk 和線路間隔成反比,而其總量則與長度成正比.

3. 損耗:一般分為線路損耗與介質層損耗,請參考傳輸線與損耗文章.
    高頻時,當傳輸線長度大於5英吋時,由於線路損耗嚴重,不宜使用HDI設計.

傳 輸 線 與 損 耗(Transmission Line and Loss)

      損 耗 與 傳 輸 線

1.    傳輸線: 一般是指線路長度L≧λ/10, λ是指該電磁波的波長.
               例如頻率1GHz,介電常數= 3.8時 λ= 153.9 mm,也就是信號
               線路長度 > 15.39 mm時才叫做傳輸線.

2.    損耗:一般分介質層損耗及線路損耗,一般是以dB/in或 dB/cm來表示,線路越長則損耗越多.
        a.在1GHz以下時一般不考慮線路粗糙所造成的損耗,1GHz以上時則要考慮因高頻所造成  
          的肌膚效應(skin effect)的線路損耗.
          δ= 1/SQRT(πfμσ), f:頻率, μ線路的permeability,
          σ線路的conductivity= 1/ρ
          μ=4πE-7(H/m), ρ=1.72E-6(ohm.cm)
        ∴1 GHz時銅線路的δ= 2μm, 也就是說雖然線路厚度有35μm,而電流只在表面的2μm厚度流
         動,對數位信號的影響比較小,類比信號就不能忽略了,所以類比信號才會選擇壓延銅箔.

        b.介質層損耗(Loss tangent):傳遞到介質層的信號能量,轉換成熱量損耗的部分,以 tanδ來
          表示,頻率越高則損耗越大,一般FR-4的tanδ約0.02,而一般Teflon材質則約0.002.
          但是要注意的一點是tan δ是在烘烤去水後測的,實際使用時一定要考慮吸水率造成的影響,
          純水在3 GHz時的tan δ=0.157,影響很大.