标签: 表面粗糙

作者  王锐  高速先生团队成员   近日，大家可能都听说了一起香港豪车帮在深圳飙车的事件，交警查扣麦凯伦、法拉利、兰博基尼、GTR等各种豪车11台。   大家可能就要问了，这香港的豪车帮干嘛要跑到大陆来飙车呢？当事司机说了，香港道路窄，限速低，处罚严，听说大陆的路宽，又平坦。于是就申办了一次性临时入境行驶证，感受下驾驶乐趣，体验下巅峰感觉。据监控录像显示，跑车在深圳段的平均时速是214公里/小时左右，那最高时速可就不只214了，从深圳南山到达东莞地界仅用7分多钟。这样的速度，想想确实够巅峰，飞一般的感觉呀。   如果把这些豪车拉上碎石子路，而不是平坦的沥青路，还能不能体检这飞一般的感觉呢？   在高速信号设计中，也有豪车遇上碎石子路的现象，那就是，高速信号遇上了表面粗糙的铜箔。   在实际生产过程中，为了让铜箔能与介电材料(FR4, 玻璃纤维环氧树脂)更好的黏合，在copper与FR4的接合处会有较大的roughness。在PCB设计过程中，工程师或多或少都会考虑一下粗糙度的影响，那粗糙度对信号的影响到底是什么呢？是影响特性阻抗，还是影响损耗呢？影响又有多大呢？ 图(1) 1oz铜的表面粗糙度   图(2) 表面粗糙度微观图   在这里引入一个名词，趋肤深度，表达式为δ_s=√(21⁄πfμσ),f是信号频率，μ是导磁率，σ是导电率。当信号的频率越来越高，信号传输就越来越靠近导体的表面，趋肤深度越来越小，信号传输受粗糙度的影响就越来越严重。   有资料表明，表面粗糙度对特性阻抗影响不大(约0.5 ohm)，对插入损耗影响很大(可能超过30%)，粗糙面(roughness)与平坦面(flat)，在高频(趋肤效应区)对S21的影响可达1~2倍的差距，这样的说法是否合理呢？   下面，我们通过仿真对比，分析一下平坦面和粗糙面对插入损耗的影响：   仿真对象：外层、FR4介质厚度3.5、盖绿油、线长2000mil、铜厚0.5oz+plating、粗糙度1um。   图(3) TDR曲线   图(4) 插入损耗曲线   注：B=blue trace(无粗糙度），G=green trace(有粗糙度)    从曲线和表格中可以看出，粗糙度对阻抗的影响很小；高频的时候，粗糙度对传输线插入损耗的影响在20%左右，近乎五分之一，可想而知，五分之一的影响是很值得注意的，如果在PCB设计中忽略了这个影响，导致的后果将会是非常严重的。   “看得懂的高速设计”是一个自媒体品牌，由一博科技出品。我们用最浅显易懂的方式讲述高速设计的理论与案例。有问题，请微信与我交流，或回复本文。 微信公众号：一博_看得懂的高速设计

作者  王锐  高速先生团队成员   近日，大家可能都听说了一起香港豪车帮在深圳飙车的事件，交警查扣麦凯伦、法拉利、兰博基尼、GTR等各种豪车11台。   大家可能就要问了，这香港的豪车帮干嘛要跑到大陆来飙车呢？当事司机说了，香港道路窄，限速低，处罚严，听说大陆的路宽，又平坦。于是就申办了一次性临时入境行驶证，感受下驾驶乐趣，体验下巅峰感觉。据监控录像显示，跑车在深圳段的平均时速是214公里/小时左右，那最高时速可就不只214了，从深圳南山到达东莞地界仅用7分多钟。这样的速度，想想确实够巅峰，飞一般的感觉呀。   如果把这些豪车拉上碎石子路，而不是平坦的沥青路，还能不能体检这飞一般的感觉呢？   在高速信号设计中，也有豪车遇上碎石子路的现象，那就是，高速信号遇上了表面粗糙的铜箔。   在实际生产过程中，为了让铜箔能与介电材料(FR4, 玻璃纤维环氧树脂)更好的黏合，在copper与FR4的接合处会有较大的roughness。在PCB设计过程中，工程师或多或少都会考虑一下粗糙度的影响，那粗糙度对信号的影响到底是什么呢？是影响特性阻抗，还是影响损耗呢？影响又有多大呢？ 图(1) 1oz铜的表面粗糙度   图(2) 表面粗糙度微观图   在这里引入一个名词，趋肤深度，表达式为δ_s=√(21⁄πfμσ),f是信号频率，μ是导磁率，σ是导电率。当信号的频率越来越高，信号传输就越来越靠近导体的表面，趋肤深度越来越小，信号传输受粗糙度的影响就越来越严重。   有资料表明，表面粗糙度对特性阻抗影响不大(约0.5 ohm)，对插入损耗影响很大(可能超过30%)，粗糙面(roughness)与平坦面(flat)，在高频(趋肤效应区)对S21的影响可达1~2倍的差距，这样的说法是否合理呢？   下面，我们通过仿真对比，分析一下平坦面和粗糙面对插入损耗的影响：   仿真对象：外层、FR4介质厚度3.5、盖绿油、线长2000mil、铜厚0.5oz+plating、粗糙度1um。   图(3) TDR曲线   图(4) 插入损耗曲线   注：B=blue trace(无粗糙度），G=green trace(有粗糙度)    从曲线和表格中可以看出，粗糙度对阻抗的影响很小；高频的时候，粗糙度对传输线插入损耗的影响在20%左右，近乎五分之一，可想而知，五分之一的影响是很值得注意的，如果在PCB设计中忽略了这个影响，导致的后果将会是非常严重的。   “看得懂的高速设计”是一个自媒体品牌，由一博科技出品。我们用最浅显易懂的方式讲述高速设计的理论与案例。有问题，请微信与我交流，或回复本文。 微信公众号：一博_看得懂的高速设计