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1 高频技术研讨报告 制作：卞华昊 23/Feb/2017 2 高频信号基础 高频应用领域 对损耗的影响因子 CCL基材对损耗的影响 PCB 制作对损耗的影响 我司高频材料Df等级 目录 3 1. 高频信号基础 高频信号，顾名思义就是频率较高的信号。在电子学上和高速数字设计领域，分别有不同的判断标准。通常当F100MHz的时候,或信号上升时间小于3.185ns左右的时候, 认为是高频电路。 频率: 是指单位时间内完成振动的次数，是描述振动物体往复运动频繁程度的量。 常用符号F (frequency) 表示。 基本单位是赫兹（Hz），简称赫，常用千赫（KHz）或兆赫（MHz）或吉赫（GHz）做单位。 1.1 高频的定义 4 对于高速产品，并没有明确定义，一般认为对损耗有特定要求的产品为高速产品。 基本传输线种类 Microstrip 微带线 Stripline 带状线 优点 设计简单方面，PCB制作容易管控 不易受外界讯号干扰 缺点 辐射损耗大，易于受外界讯号干扰 对介层管控要求严格，受孔Stub影响较大。 1.2 高速信号和的传输线 Platform SDD21 @4GHz SDD21 @8GHz Romley -0.8dB/inch(SL) -0.84dB/inch(MS) -1.60dB/inch(SL) -1.68dB/inch(MS) Grantley -0.75dB/inch(SL) -0.79dB/inch(MS) -1.50dB/inch(SL) -1.58dB/inch(MS) Brickland -0.48dB/inch(SL) -0.96dB/inch(SL) 5 介电常数（Dk）准确讲应该称为相对介电常数。 绝缘材料的容电率与真空或干燥空气的容电率相对比，即成了所谓的“相对容电率”(Relative Permittivity)，εr，也就是所谓的Dk值或称介质系数(Dielectric constant)。 从信号传输品质的角度来看，介电常数的含义可以理解为介质对电荷的吸附能力，介电常数越大，其对信号的吸附能力越强，可供使用的信号余量便越小。 介电能力即相当于容电能力。 介电能力对比（左）和线路传输模型（右） 1.3 介电常数（Dk）和损耗因子（Df） Dk 定义 6 1.3 介电常数（Dk）和损耗因子（Df） Dk 与 Insertion Loss 关系 7 损耗因子（Df）即为散失因子（dissipation factor），表示信号传输时在介质中损失掉的能量（loss），将这个损失掉的能量与未损失的能量（stored）对比时，即得到Df。 介质损耗因子与频率的相关性 1.3 介电常数（Dk）和损耗因子（Df） Df 定义 8 插入损耗（简称插损，数学描述为S21，或insertion loss）：在二端口网络中，S21定义为从端口2出来的正弦波和从端口1进入的正弦波的比值。 端口一 端口二 入射信号 反射信号 接收信号 简单二端口网络示意图 相位差 幅度 1.4 插入损耗的概念 9 插入损耗 导体热消耗 反射 介质损耗 趋肤效应 耦合、串扰 辐射 介质中粒子振动导致 阻抗不连续 导线发热 能量向环境中发射 与邻近传输线干扰作用 增加导体阻抗消耗能量 1.4 插入损耗的概念 10 无损传输线是不存在的，通路上的每一个节点都会造成损耗，损耗受控是一个真正的挑战。 右图为传输线中主要插入损耗来源于传输的信号频率之间关系示意图 1.4 插入损耗的概念 11 高速或高频情况下，主要受趋肤效应影响，信号在导体中传输感受到的阻抗将远大于导体在直流情况下的电阻。 导体的趋肤效应 （红色表示电流密度最大，蓝色表示最小） 趋肤深度： δ：趋肤深度 μ：磁导率 σ：电导率 f： 频率 对于纯铜导线： μ=4πⅹ10-7 H/m σ=5.8 ⅹ107 S/m 则在1GHz频率下： δ 铜=2.1um 1.5 趋肤效应 12 2. 高频应用领域 基站天线 卫星通讯 民用/军用卫星通讯 网络通讯 交换器 路由器 服务器 汽车电子 汽车雷达 导航 手机通讯 4G/5G手机 高频 应用 13 目前几乎所有高速存储器、服务器、路由器以及很多消费电子产品都具有高传输速率的特性，PCB产业也已迈进高速的方向。 一些高速电子产品和设备及其传输速率 2. 高频应用领域 Df 介于0.01~0.005 电路板材适合上限为10Gbps 数字电路 Df 介于0.005~0.003 电路板材适合上限为25Gbps 数字电路 Df 介于0.0015 电路板材适合上限为50Gbps 数字电路 14 Equalize