均匀差动对的衰减有两个根本原因:导体损耗和介质损耗。通过理解设计决策如何影响这两个根本原因，我们可以制定一些简单的指导原则，为我们指明正确的方向，以减少信道的衰减。当损失很重要的时候，这些是要遵循的方向。在某些情况下，增加微分阻抗会减少损耗，在某些情况下会增加损耗。往下读，看看为什么。
衰减，插入损耗和SDD21
图1。当信号沿互连线向下传播时，振幅减小。
沿直线向下一段距离处的振幅描述为:
在哪里
V出(d)为沿互连线向下一段距离的电压幅值
V在初始振幅是否进入轨迹
A[dB]为互连距离d的衰减，单位为dB
α[dB/in]为每段互连长度的衰减
D是沿直线的距离
所有同质信道的衰减随信道长度线性增加。开云体育官网登录平台网址它是随距离线性增加的指数。
我们可以生成另一个优点图，每长度的衰减，以dB/英寸为单位，它表征了通道。每段长度的衰减是正的。每个长度的衰减越大，就意味着在信道中有更多的损失，接收端的信号就更少。我们使用这个术语作为优点的数字来比较不同的通道，独立于它们的长度。开云体育官网登录平台网址
由于两种机制:导体损耗和介质损耗，每长度的衰减是固有的频率依赖性。由于集肤深度效应导致的电流收缩，导体损耗随频率的平方根而增加。由于偶极子运动较快，介质损耗直接随频率增加而增加。
在匹配良好且无串扰的信道SDD21中，传输系数也与衰减有关:
和
除了负号，SDD21与信道中的衰减完全相同。负号是引起混淆的地方。当信道衰减时增加，到达接收机的信号较少，传输系数SDD21，减少．将损耗更大的信道描述为更高的衰减和a较低的SDD21。
作为一个行业，我们习惯称SDD21为差动插入损耗，使用RF定义的插入损耗，即为|SDD21[dB]|。实际上，插入损耗为-SDD21[dB]。如果在一个信道中衰减增加, SDD21 (dB)减少，但插入损失增加．
但是，当我们绘制SDD21[dB]时，我们经常正确地将其绘制为负数，但错误地将轴标记为插入损失，插入损失应该是一个正数，单位为dB。还能更让人困惑吗?我承认，我比大多数人更有散播这种混乱的罪恶感。
如果我们使用RF对插入损耗的定义，那么信道中较高的损耗意味着较高的插入损耗。当我们绘制SDD21[dB]，并将其标记为插入损耗时，我们只需要意识到我们错误地将轴标记为插入损耗，而应该将其标记为插入损耗的负数。
插入损耗的根本原因
插入损耗，|SDD21[dB]|将与沿传输线行进的距离成正比增加。插入损耗的频率依赖关系，单位为dB，来自于导体损耗和介质损耗的频率依赖关系。
使用损耗线[1]的简单模型和“低损耗”近似值(基本上意味着耗散因子小于0.05)，SDD21[dB]可以近似为:
SDD21 =差传系数，单位为dB
Rlen=差动电偶每长度的电阻
Z0=对的微分特性阻抗
Glen=每长度的差动电导
Len =差动对的长度
首先观察到的是，如果要保持传输系数大，SDD21，就要用短的长度。虽然它很少是一个选项，但总是尝试减少所有有损互连的长度。
这种关系将第一项中的导体损耗和第二项中的介电损耗分开。这两种损耗机制基本上是相互独立的。
减少介质损耗的旋钮
每段电导与特性阻抗之间有重要的联系。同样的几何特征影响每长度的电导反过来影响特性阻抗。这意味着这两项的乘积消掉了几何项。
介质损耗项可以简化为
这表明，影响SDD21介电损耗的唯一项是耗散因子Df，以及作为二阶项的介电常数Dk。传输线的物理设计，如介电厚度、线宽，甚至特性阻抗对介电损耗机制的插入损耗没有影响。
来自介质损耗的SDD21项的频率依赖性是由于随着频率的增加，偶极子的更快旋转产生的更高的泄漏电流所产生的显式频率项。
如果你想降低SDD21由于电介质，唯一的旋钮调整是一个更低的耗散因子。较低的Dk会有所帮助，但这是一个平方根依赖关系，可供选择的范围并不大。
调节旋钮以减少导体损耗
当使用低损耗电介质时，如Megtron 6或7甚至是新的罗杰斯RO1200，通道损耗主要是导体损耗。
如何减少导体损耗?假设你正在使用你能负担得起的最光滑的铜箔[2]，上面的关系指出只有两个按钮来减少铜的损失:减少单位长度的电阻或增加微分阻抗。
唯一可以调节的旋钮减少单位长度的电阻为to增加轨迹的线宽。较宽的线每长度的电阻较低。
但是，当然，微分阻抗也会受到线宽的影响。一般情况下，只要线宽增加，微分阻抗就会减小。增加线宽会同时减少分子和分母。谁赢了?
问题的复杂之处在于。根据线宽对每长度电阻和微分阻抗的影响，净影响是更宽的线可能不会减少插入损失很多。这就是仔细分析的重要之处。2D场求解器是一个很好的工具，可以用作探索这些权衡的虚拟原型。
为什么较高的微分阻抗可能比较低的微分阻抗有较低的损失?如果微分阻抗为增加如果不降低线宽，例如使用较厚的电介质，衰减将减少与微分阻抗的增加成正比。
从85欧姆到100欧姆常数线宽时，差分阻抗增加18%，插入损耗由导线损耗主导减少降幅高达18%。
如果我们设计一条更宽的线保持微分阻抗恒定，插入损失将减少与线宽成比例。
以下是我们如何在恒定的微分阻抗下实现更宽的线:
尽量使用较厚的电介质层
在信号和返回平面之间使用尽可能低的Dk
使用松散耦合的差动对。(这允许比紧耦合更宽的线。)
使用尽可能高的差分阻抗作为实际
使用你能负担得起的最光滑的铜
当减少损耗是设计的主要驱动力时，这些应该是设计尽可能低的导体损耗的出发点指南。
如果只增加线宽，损失会怎样?
较宽的线路会降低电阻，但也会降低微分阻抗。比率会发生什么变化?在本例中，我们将查看频率为14 GHz的Nyquist，用于28 Gbps NRZ信号或56 Gbps PAM4信号。
图2显示了该带状线堆叠设计的标称起始位置。
图2。建立Polar Instruments SI9000 2D现场求解器，以探索100欧姆差动对的特殊情况下的设计空间。
在这个例子中，介质损耗被关闭，我们假设我们使用的是非常光滑的铜。在14ghz时，仅导体损耗的每英寸插入损耗为0.404 dB/英寸。这意味着对于20英寸长的通道，在14 GHz时的插入损耗为0.404 x 20 = 8.1 dB, SDD21为-8.1 dB。粗铜和介质损耗可使其增加2-4倍。
如果唯一增加的项是线宽，则微分阻抗将减小。插入损耗会怎样?通过调整两个迹线的线宽，我们计算了14 GHz时每英寸的微分阻抗和插入损耗。图3是微分阻抗和传输系数SDD21的图，仅由平滑铜损耗随着线宽的增加而变化。
图3。仅增加线宽对微分阻抗(上)和传输系数(下)的影响。
随着线宽的增加，插入损耗也会减小，但是线宽的增加对插入损耗的影响并没有预期的那么大。
例如，在100欧姆差分阻抗下的5mil宽走线，在14 GHz时的插入损耗为0.404 dB/英寸。只要将线宽增加到7密耳，差分阻抗就会降低到85欧姆，插入损耗就会增加到0.37 dB/英寸。
线宽增加了40%，但插入损耗只增加了8%。这就是为什么在不改变微分阻抗的情况下增加线宽，以最大限度地减少插入损耗。
在这个例子中，我们降低了微分阻抗和插入损耗。但是，如果我们保持线宽不变，降低微分阻抗，插入损耗就会减小增加从导体损耗。与此同时，介质损耗将保持不变，与微分阻抗无关，因为它与几何形状无关，只与材料性质有关。
结论
在探索差分通道的设计空间时，重要的是要考虑损耗来源的根本原因，以及设计和材料选择如何共同发挥作用。减少导线损耗不仅仅是增加线宽，还包括降低差分阻抗。
如果我们所做的只是减小微分阻抗，则如果线宽保持不变，插入损失可能会增加;如果改变线宽以调整微分阻抗，则插入损失可能会减少。细节很重要。这些权衡只能用2D场求解器来探索。
参考文献
Bogatin,埃里克．信号和电源完整性-简化(信号完整性库）第三版，普伦蒂斯大厅，2017年。
Bogatin,埃里克。”对更光滑铜的追求可能已经达到了极限，信号完整性杂志，2020年2月25日。
