如何降低差分傳輸線的衰減-云帆興燁
降低介質(zhì)損耗
每單位長度電導(dǎo)與特性阻抗之間存在重要的聯(lián)系，影響每單位長度電導(dǎo)的相同幾何特征，也會(huì)影響特性阻抗，這意味著兩個(gè)項(xiàng)的乘積會(huì)抵消幾何特征的影響。
介質(zhì)損耗項(xiàng)可以簡化為：
這就是說，唯一會(huì)因介質(zhì)損耗而影響SDD21的是耗散因子Df和介電常數(shù)Dk。傳輸線的物理設(shè)計(jì)（例如介質(zhì)厚度、線寬甚至特征阻抗）不會(huì)影響介質(zhì)損耗導(dǎo)致的插入損耗。
介質(zhì)損耗的頻率相關(guān)性，是由于隨著頻率升高，偶極子旋轉(zhuǎn)越快，從而產(chǎn)生的漏電流越大。
如果要降低介質(zhì)損耗對SDD21的影響，唯一需要調(diào)整是更低的耗散因子，較低的Dk也會(huì)有所幫助，但這是平方根依賴關(guān)系，可供選擇的范圍不大。
降低導(dǎo)體損耗
當(dāng)使用低損耗電介質(zhì)（例如Megtron 6或7，甚至是新的Rogers RO1200）時(shí)，通道損耗主要由導(dǎo)體損耗決定。
如何減少導(dǎo)體損耗？假設(shè)使用的是最平滑的銅箔，則上述關(guān)系公式指出只有兩個(gè)選項(xiàng)可以減少銅損：減小單位長度的電阻或者增加差分阻抗。
減小單位長度電阻的唯一選擇是增加走線的線寬，較大的線寬將具有較低的單位長度電阻。
但是，差分阻抗也會(huì)受到線寬的影響，通常，如果僅增加線寬，則差分阻抗將減小，增加線寬將同時(shí)減小分子和分母，最終的結(jié)果怎樣呢？
問題就在這里，取決于線寬對單位長度電阻和差分阻抗的影響，最終結(jié)果是，更寬的線可能不會(huì)大大降低插入損耗。這里是進(jìn)行詳細(xì)分析很重要的地方，2D場求解器是一個(gè)很好的工具，可以用作虛擬原型來分析這些折衷方案。
為什么較高的差分阻抗可能比較低的差分阻抗具有更低的損耗？如果在不改變線寬的情況下增加了差分阻抗，例如通過使用較厚的電介質(zhì)，則衰減將與差分阻抗的增加成正比地減小。
在差分特征阻抗從85歐姆提升到100歐姆時(shí)，在恒定的線寬下，差分阻抗增加18％，如果插入損耗由導(dǎo)體損耗決定，則插入損耗將降低多達(dá)18％。
如果采用保持差分阻抗恒定來設(shè)計(jì)更寬的線路，則插入損耗將與線寬成比例地減少。
以下是降低導(dǎo)體損耗的一些方法：
使用盡可能厚的介質(zhì)層
在信號(hào)層和返回層之間使用盡可能低的Dk
使用松散耦合的差分對（這比緊耦合允許更寬的線寬）
使用盡可能高的差分阻抗
使用能負(fù)擔(dān)得起的最光滑的銅
當(dāng)降低損耗是設(shè)計(jì)中的主要目標(biāo)時(shí)，這些應(yīng)該是設(shè)計(jì)盡可能低的導(dǎo)體損耗的指導(dǎo)原則。
僅增加線寬，損耗會(huì)怎樣？
對于松散耦合的帶狀差分線，5 mil的線寬，100歐姆特性阻抗，可以使用2D場求解器評估增加線寬對損耗的影響。
較寬的線會(huì)減小電阻，但也會(huì)減小差分阻抗，二者的比值有什么變化？在此示例中，我們將查看14 GHz的頻率，即28 Gbps NRZ信號(hào)或56 Gbps PAM4信號(hào)的奈奎斯特頻率。
在此示例中，介質(zhì)損耗被關(guān)閉，并且假設(shè)使用的是非常光滑的銅，在14 GHz時(shí)，僅因?qū)w損耗引起的每英寸插入損耗為0.404 dB /inch。這意味著對于20 inch長的傳輸線，由導(dǎo)體損耗導(dǎo)致的14 GHz處的插入損耗為0.404 x 20 = 8.1 dB，SDD21為-8.1 dB。粗糙的銅和介質(zhì)損耗可能會(huì)使損耗增加2-4倍。
如果只是增加線寬，則差分阻抗將減小，插入損耗會(huì)怎樣？通過調(diào)整兩條走線的線寬，可以計(jì)算出差分阻抗和14 GHz下每英寸的插入損耗，圖3是差分阻抗和傳輸系數(shù)SDD21的圖。
隨著線寬的增加，插入損耗的確會(huì)變小，但是影響不會(huì)像差分阻抗幅度降低的那么大。
例如，在100歐姆差分阻抗下5mil的走線，在14 GHz下的插入損耗為0.404 dB /英寸，只是將線寬增加到7mil，差分阻抗就會(huì)降低到85歐姆，插入損耗會(huì)增加到0.37 dB /英寸。
線寬增加了40％，但是插入損耗僅降低了8％，這就是為什么要最大程度地降低插入損耗，請?jiān)诓桓淖儾罘肿杩沟那闆r下，增加線寬。
在此示例中，我們降低了差分阻抗，插入損耗降低了。但是，如果保持線寬恒定并減小差分阻抗，則插入損耗會(huì)因?qū)w損耗而增加。同時(shí)，介質(zhì)損耗將保持不變，不受差分阻抗的影響，因?yàn)樗c幾何形狀無關(guān)，而僅與材料特性有關(guān)。
總結(jié)
在探索差分通道的設(shè)計(jì)空間時(shí)，重要的是要考慮損耗的根本原因，以及設(shè)計(jì)和材料選擇如何共同發(fā)揮作用，減少導(dǎo)體損耗，不僅與增加線寬有關(guān)，還與減小差分阻抗有關(guān)。
如果我們要做的只是減小差分阻抗，則在線寬保持恒定的情況下，插入損耗可能會(huì)增加，或者在更改線寬以調(diào)整差分阻抗時(shí)，插入損耗可能會(huì)減小。細(xì)節(jié)很重要。這些權(quán)衡只能使用2D場求解器進(jìn)行具體分析。