利用毫米波技术来优化高速设计

发布日期:2021-08-26 浏览次数:0 我要评论(0) 字号:

罗杰斯公司于近期将生产高频线路板材料的先进互联解决方案与生产curamik®基板及ROLINX®母排的电力电子解决方案合并,形成新的战略业务部门,即:先进电子解决方案(AES)。

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本篇文章是针对高频线路板材料的技术文章。

在过去的数年中,我一直致力于研究各种类型的毫米波(mmWave)电路。同时,我也一直在设计高速数字(HSD)领域的电路,但是,每次实验得到的数据总是不尽人意。在实验过程中,有些HSD电路的插入损耗曲线会产生大量的噪声,因此我专门做了几次针对性的实验,我发现结论是电路的回波损耗很差。但令人意外的是,HSD工程师也是对高速电路的回波损耗特性并不在意。根据我研究毫米波的经验,这简直是不可思议的,因为回波损耗是获取有效数据的关键指标之一。然而,随着对HSD的深入了解,我发现该技术通常应用在时域情况下,而回波损耗对于大多数时域问题的影响要小得多。随着我对HSD(尤其是超高速数字vHSD)的不断深入研究,我现在逐渐可以用毫米波领域的技术来帮助并提高vHSD的相关技术和性能。

毫米波的阻抗变换对于毫米波电路来说是至关重要的,因为良好的阻抗匹配效果可以使电路获得最佳的回波损耗(稍微补充一句:回波损耗通常也被称为反射损耗,指的是从传播介质反射回来的能量)。例如,从连接器到电路的过渡部分通常会出现阻抗不匹配。如果不能很好的处理这个连接点,那么由于回波损耗(反射损耗)过大,原本希望输入到电路的大部分能量将会被反射。对于一个良好匹配的电路,如果测试系统知道有多少能量输入到了电路中,并且还知道有多少能量从电路中流出来,那么就可以得到由电路自身造成的插入损耗。但是,如果回波损耗的指标很差,那么意味着大部分插入损耗并不是由电路自身产生的损耗,而是由于电路反射能量造成的。所以,电路的回波损耗很差,得到的插入损耗测量也不准确。

对于时域信号中的HSD电路,阻抗变换可能是问题,也可能不是问题。这主要取决于数字信号速率,上升时间,以及电路的灵敏度。对于上升时间相对较慢的电路,阻抗变换对数字电路性能的影响要小得多。但是,当上升时间变快,阻抗变换的细微异常就会让电路性能变得异常敏感,这种情况下,电路的HSD性能就有可能会受到负面影响。

数字信号的速率(速度)和上升时间,与模拟或射频信号的特性息息相关。HSD电路中时钟信号产生的简单方波,就是看着是射频信号及其高次谐波相加构成的方波信号。这意味着对于较慢的数字速度,使用的射频信号是相对较低的频率。例如,1Gbps的数字速率其模拟基波频率为0.5GHz,接下来的几个谐波分别为1.5 GHz,2.5 GHz和3.5GHz。在这些频率下,对于大多数PCB电路来说,回波损耗的影响基本上是微不足道的。因此,对于低频以及数字速率较低的电路,人们通常不会去关注它的阻抗变换以及阻抗特性。

但是,对于速率为28Gbps的vHSD电路,它可以看作是模拟信号为14GHz、42GHz和70GHz的信号组成。在42Ghz时,回波损耗和相关的阻抗变换非常重要,而在70Ghz时,这就成为毫米波电路层面需要解决的首要问题。这些射频问题可能会对vHSD的眼图产生影响,但从有限的实验来看,效果也没有我想象中的那么严重。然而,对于以这种速率传输的灵敏vHSD系统,还是应该充分考虑回波损耗和阻抗转换。

同样,在以56Gbps工作的高速vHSD电路中,回波损耗和阻抗变换的影响都可能会对眼图的性能产生影响。因此,强烈建议vHSD的电路设计工程师要详细地了解毫米波问题,以及模拟与高速信号之间的相互联系,以更好的优化高速数字电路设计。罗杰斯技术支持中心(https://www.rogerscorp.com/techub)有许多和毫米波技术相关的在线技术信息,同时还有许多与毫米波相关的工程应用方面的案例。