本文是超细线设计指南系列的第2部分。第1部分是关于领口小到什么程度可以接受．
微分对的三个重要性能特性受到几何和材料特性设计空间的影响:微分阻抗、信道间的串扰和衰减。在探索优化设计特征的设计空间时，这三个术语都具有不同的权重因素，它们都受到可用材料和制造商制造能力的限制。
本文以超细线微带微分对为例，研究了一种优化几何形状和材料性能以实现目标阻抗的新技术。同样的方法也适用于带状几何。我们后续的论文将把这种方法应用于无返回平面的微分对、串扰分析和衰减分析。
新的功能范围
随着最近的引进Averatek半添加工艺(A-SAP™)工艺使用与传统的4 mil宽的线路相同的加工设备，可以使线宽低于1 mil。本文将设计空间的探索拓展到超细线条特征。这些痕迹的一个特殊特征是它们的纵横比(厚度/宽度)可以超过1。但是这个新的几何领域引入了一系列的设计权衡。
探索细线几何的方法论
在最初的研究中，微分阻抗为100欧姆是目标，特别是微带传输线。微带的设计空间由以下几何项组成:
- 谱线宽度w
- 导体厚度t
- 介电厚度，h
- 焊膜厚度h
- 层压板的介电常数Dk
- 遮焊层的介电常数Dk_sm
探索设计空间的目标是找到优化某些特性的参数值的组合，同时保持目标阻抗。
细线分析的挑战是痕迹厚度与线宽的长宽比可能超过1，这意味着近似不适合分析。只有二维场求解器才能准确计算出微分阻抗。在本研究中，使用Keysight的路径波高级系统设计器ADS，它具有集成的2D场求解器，用于虚拟样机的分析。然而，该场求解器不显示或输出实际的微分阻抗;它必须从模拟中提炼出来。
建立了具有参数化几何和材料特性的均匀微分对传输线虚拟样机。一个模拟的差分TDR探测了差分对。从反射信号，微分阻抗计算任何特定的堆叠。该电路如图1所示。
数字1．差分对ADS虚拟样机仿真示例。微分对由其截面信息和长度定义。该源模拟一个TDR，从其中提取差分阻抗。
该电路模型引入了该分析所需的一些独特功能:
- 所有的参数都被设置为变量，因此它们可以被扫描或优化
- 一个巴伦用来将输入差分电压阶跃转换为p和n激励电压
- 采用综合二维场求解器计算传输线响应
- 从模拟反射信号中提取差分阻抗
- 在模拟传输线的中间位置观察到差分阻抗
- 将提取的微分阻抗与100欧姆的目标阻抗进行比较，以优化特定的参数
- 选择一个参数进行扫描，并对其他参数进行优化以达到目标微分阻抗
仿真中的巴伦使得微分阻抗的提取非常简单。它将初始微分阶跃边缘信号转换为单独的p和n信号，用于激发微分对的p和n行。瞬时差分阻抗与V_TDR节点上模拟的电压有关:
微带差分对的一般截面如图2所示。
数字2．用于描述微带差分对的尺寸术语说明。
最初，所有参数都是固定的，使用以下初始标称值:
- 线宽，w = 2 mil
- 两条线内边缘之间的间隙分离s = 2mels
- 导体厚度t = 34u
- 介电厚度，h = 2 mil
- 焊膜厚度，h = 1 mil
- 层压板的介电常数Dk = 4
- 掩焊层介电常数Dk_sm = 1(无掩焊层)
该模型可以用来说明任何参数对微分阻抗的敏感性。例如，当两个迹线内边缘之间的间隙分离减小，且所有其他参数保持固定时，我们预计微分阻抗也会减小——但只有当间隙分离小到足以显示耦合效应时才会减小。
用这个模型来说明这一原理。图3显示了当间隙变化和线宽固定在2 mils时的微分阻抗。当间隙大于10密耳时，微分阻抗与分离无关，正如我们所预期的那样。10mil的分离相当于5倍的介电厚度。这与通常使用的经验法则一致，即微带边缘的条纹场扩展到最大5倍的介电厚度。超过这个距离，就没有实质性的条纹场，也没有迹间耦合。
数字3.．对固定2 mil宽微带道的差分阻抗的影响，因为他们的间隙分离的改变。电介质厚度为2 mels。这适用于四种不同厚度的导体。
模拟结果还显示了导体厚度的影响。随着迹厚从½oz铜增加到2 oz铜，侧壁厚度增加，侧壁有更多的边缘场，微分阻抗减小。由于这种效应都是条纹场主导的，虽然我们可以预测趋势，但实际灵敏度的微分阻抗从迹厚只能用二维场求解器计算。
约翰尼·卡什原则
该模型还可以通过改变一个参数和优化另一个参数来探索设计空间，以始终实现目标微分阻抗。例如，当间隙分离减小时，为了防止差分阻抗也减小，我们可以找到达到目标阻抗的最优线宽。在图4中，我们显示了间隙分离的设计空间和目标微分阻抗为100欧姆和1盎司铜的线宽，随着间隙的变化。在这条曲线的任何地方，对的微分阻抗都是100欧姆。该曲线定义了可接受的设计空间。
数字4．设计100欧姆微分阻抗的空间，显示当固定介电厚度为2密耳和1盎司铜迹的间隙分离变化时所需的线宽。
