本文是超细线设计指南系列的第二部分。第一部分是关于小领口的可接受程度．
微分对有三个重要的性能特性受到几何设计空间和材料特性的影响:微分阻抗、通道间的串扰和衰减。在探索最佳设计特征的设计空间时，这三个术语都有不同的衡量因素，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，重点研究了一种优化几何结构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线几何。我们随后的论文将应用这种方法对差分对无返回平面，串扰分析，和衰减分析。
一系列新的功能
随着最近的引进Averatek半添加剂工艺(A-SAP™)工艺，线宽低于1 mil可以使用与传统4 mil宽线相同的制造加工设备。在本文中，我们将设计空间的探索扩展到超细线特征。这些轨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组设计权衡。
探索细线几何的方法学
在最初的研究中，100欧姆的微分阻抗是目标，特别是微带传输线。微带的设计空间由以下几何术语组成:
- 谱线宽度w
- 导体厚度t
- 介质厚度，h
- 掩焊层厚度h
- 层合板的介电常数Dk
- 掩焊层的介电常数Dk_sm
探索设计空间的目标是找到优化某些特征的参数值的组合，同时保持目标阻抗。
细线分析的挑战在于迹厚与线宽的纵横比可能超过1，这意味着近似值不适合分析。只有二维场求解器才能准确地计算出差分阻抗。在这项研究中，Keysight公司的路径波高级系统设计器ADS具有集成的2D场求解器，用于分析虚拟原型。但是，该场求解器不显示或输出实际的微分阻抗;一定是从模拟中挑出来的。
建立了具有参数化几何结构和材料特性的均匀差分对传输线虚拟样机。模拟差分TDR探测差分对。根据反射信号，计算任何特定叠加的微分阻抗。该电路如图1所示。
数字1．差分对的ADS虚拟样机仿真实例。差动副由其截面信息和长度定义。该源模拟一个TDR，从中提取差分阻抗。
该电路模型引入了分析所需的一些独特特性:
- 所有参数都被设置为变量，因此可以对它们进行扫描或优化
- 巴伦用于将输入差分电压阶跃转换为p和n激励电压
- 采用集成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
- 在模拟的传输线中部观测差分阻抗
- 与100欧姆的目标阻抗相比，提取的微分阻抗用于优化特定参数
- 选取一个参数进行扫描，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。它将初始差分阶跃边信号转换为单独的p和n信号，用于激发差分对的p和n行。瞬时微分阻抗与V_TDR节点上模拟的电压有关:
微带差动对的一般横截面如图2所示。
数字2．图示用于描述微带差动对的尺寸术语。
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
- 两线内边间隙间隔s = 2mils
- 导体厚度，t = 34 u
- 介质厚度h = 2 mil
- 掩焊层厚度h = 1 mil
- 层合板的介电常数Dk = 4
- 屏蔽焊介电常数，Dk_sm = 1(无屏蔽焊)
该模型可用于说明任意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，并且所有其他参数保持固定时，我们期望微分阻抗也会减小-但只有当间隙分离足够小以显示耦合效应时。
用该模型来说明这一原理。图3显示了当线宽固定在2 mils时，间隙变化时的微分阻抗。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的分离对应大约5倍的介电厚度。这与通常使用的经验法则是一致的，即微带边缘的边缘场延伸到最大5倍的电介质厚度。在这个距离之外，没有实质的边缘场，也没有迹到迹耦合。
数字3.．当间隙分离改变时，对固定2 mil宽微带迹的微分阻抗的影响。介质厚度为2密耳。这是四种不同厚度的导体。
模拟结果还显示了导体厚度的影响。随着迹线厚度从1 / 2 oz铜增加到2 oz铜，侧壁厚度增加，侧壁有更多的条纹场，微分阻抗减小。由于这种效应都是由条纹场主导的，虽然我们可以预测趋势，但只能使用2D场求解器计算出迹厚对微分阻抗的实际灵敏度。
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，以始终达到目标微分阻抗。例如，当间隙分离减小时，为了防止微分阻抗也减小，我们可以找到优化的线宽来达到目标阻抗。在图4中，我们显示了当间隙变化时，间隙分离的设计空间和目标微分阻抗为100欧姆和1 oz铜的线宽。在这条曲线上，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4．100欧姆微分阻抗的设计空间，显示间隙分离变化所需的线宽，用于2密耳的固定介电厚度和1盎司铜迹线。
