高速PCB如何得到无损传输线

高速先生成员--姜杰假如，走线线宽足够大，铜厚足够厚，铜箔粗糙度为零，介质损耗为零，走线的损耗有没可能归零？如果大家是冲着标题来的，并期待得到独家秘籍，答案可能会让你失望了，损耗归零，恕难达成，起码目前的技术是做不到的。了解板材的网友可能会说：我懂的，即便目前最顶级的高速板材，既做不到介质损耗为0，也做不到铜箔粗糙度为0，所以走线损耗达不到0也正常。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/e3f74ba48aaf4c4995448a05e99fa7b2~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=20261111095420B84673A7DB8124D7195D&x-expires=2147483647&x-signature=tXCSjZ%2Bg%2FRtTErsgeDCPWVI0PbQ%3D

如果高速先生说，就算介质损耗为0而且铜箔完全光滑，损耗还是存在呢？今天就用一个仿真案例，带大家捋一捋走线损耗的影响因素。原始模型为M6级别的板材，差分走线的单线线宽1W，铜厚1T，铜箔类型为HVLP，走线长度1000mil，无辐射、无串扰的条件下，走线的损耗仿真结果如下：https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/17eee089913847f29ee6713c72b8032a~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=20261111095420B84673A7DB8124D7195D&x-expires=2147483647&x-signature=k13LmNlA0BklvCmzwZXNC7DaP08%3D

想不到吧，简简单单的损耗，竟能整出这么多曲线来。多归多，但是很清晰，一讲你就懂：Smooth Conductor Loss表示光滑（粗糙度为0）导体损耗；Dielectric Loss表示介质损耗；Smooth Attenuation表示考虑介质损耗的光滑导体损耗；Conductor Loss with Roughness表示考虑粗糙度的导体损耗；Attenuation with Roughness可以理解为总损耗。这里重点关注总损耗，也就是Attenuation with Roughness，最靠下的天蓝色曲线：0.8dB@15GHz（本文使用15GHz作为频率观测点，下同）。首先，看看最常用的手段，增加线宽对损耗的影响。将原模型走线线宽由1W增加至2W，此时损耗降低至0.59dB，不得不说，加线宽确实好用。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/6d0278b42dfb43719e4031712712fbe1~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=20261111095420B84673A7DB8124D7195D&x-expires=2147483647&x-signature=3a0Kc%2BMl3XLtHEY%2BTwkfrCUtmoI%3D

接下来，再比较铜厚的影响，将原模型走线铜厚由1T增加至2T，此时损耗由0.8dB减小至0.72dB，损耗也有一定的改善。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/69751994946a49afb9e13c4371740d44~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=20261111095420B84673A7DB8124D7195D&x-expires=2147483647&x-signature=4wkVOt8Nfxmk7pKvliKqL%2F8lAag%3D

线宽和铜厚的增加，确实可以减小导体损耗，但是，这里的降低是限度的，其中，关于线宽的影响，高速先生之前有介绍过《线宽变大，损耗变小；线宽无限大，损耗无限小？》，铜厚也是类似的情况。下一步，在原走线的基础上，把铜箔设置为理想光滑铜箔，也就是粗糙度设为零。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/15cd659c6d204cc18b2704023e66adc4~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=20261111095420B84673A7DB8124D7195D&x-expires=2147483647&x-signature=wosVd2VJ%2Fc0EVN%2F0CowdwREim%2Bw%3D

可以看到，这里的Conductor Loss with Roughness已经消失，总损耗由Attenuation with Roughness变成了Smooth Attenuation。此时的总损耗是0.723dB。这个时候，大家一定很期待看到介质损耗的影响，安排：https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/240c8df8af524936a89fd9dd16dd2a1a~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=20261111095420B84673A7DB8124D7195D&x-expires=2147483647&x-signature=0FHdF4OE2Jra%2B6hBoMJO9PAW8oA%3D

同样在原走线的基础上，把介质损耗参数设置为0，相应的Dielectric Loss随之归零，总损耗减小为0.492dB。虽然损耗大幅降低，但是别忘了，我们的目标可是让走线损耗归零。那么，综合考虑以上因素，也就是大线宽+厚铜+0粗糙度+0介质损耗，这里降一点，那里降一点，还是有可能的吧？试试看。模型线宽设置为2W，铜厚2T，铜箔粗糙度和损耗因子都设置为0，看看效果如何：https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/8b78d29c54e146d5bbfed5b23ddb1e88~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=20261111095420B84673A7DB8124D7195D&x-expires=2147483647&x-signature=n%2BtNDORvARYrzRd%2FlZDnt%2Fmlprg%3D

损耗确实大幅降低至0.21dB，不过离归零还有距离。铜箔粗糙度和损耗因子都已经设置为0，我猜你会说肯定是线路的铜箔还不够宽，不够厚。抛开这个问题先不回答，高速先生给你看个数据：原始走线模型，注意，这里的线宽和铜厚都没有增加，铜箔粗糙度和介质损耗设置为0，再将铜箔的某个神秘参数调整至无穷大。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/b1530cc15c2b479bb86af09028746926~tplv-tt-shrink:640:0.image?lk3s=06827d14&traceid=20261111095420B84673A7DB8124D7195D&x-expires=2147483647&x-signature=zPj2ol5L%2FZ18Se9l%2B8Q%2Bnjymt7o%3D

走线损耗神奇归零！所以，损耗迟迟无法归零的原因不在于线宽和铜厚，而在于这个跟导体自身性质相关的参数——电导率！总而言之，走线损耗主要由介质损耗和导体损耗构成。其中，导体损耗的影响因素大致分两类，一个是导体的几何特征，具体到走线，就是线长、线宽、厚度、表面粗糙度。另一个就是电导率。只不过，电导率是导体自身的特征参数，基本无法调整，大家关注的少也就在情理之中了。问题来了：电导率受哪些因素影响？关于一博：一博科技成立于2003年3月，深圳创业板上市公司，专注于高速PCB设计、SI/PI仿真分析等技术服务，并为研发样机及批量生产提供高品质、短交期的PCB制板与PCBA生产服务。致力于打造一流的硬件创新平台，加快电子产品的硬件创新进程，提升产品质量。一博珠海板厂：位于珠海经济开发区，坐拥PCB产业优质人才资源及完善的产业配套。专注于高端快件，提供高品质的高多层、高速、高精密、HDI等PCB生产制造。聚焦国内高端快件细分市场，PCB广泛应用于ATE、AI算力、服务器、工控、通信、汽车、医疗设备等领域。