【干货】高速高频电路为什么要做回波损耗分析？

admin · 发表于 2019-9-27 15:52

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中午吃饭前看主任在搭建车载以太网的测量环境，就顺便聊了下车载以太网的测试的项目，与传统的以太网的测试有一些类似，但是又有一些不一样的点。本文不谈车载以太网的测试内容，主要来看一项在以太网测试中经常需要测试的项----回波损耗（Return loss）。

回波损耗是由于传输链路中阻抗不连续产生反射的损耗。其表达式如下式所示：

Pi表示入射功率，Pr表示反射功率， RL表示Return Loss，用dB作为单位。回波损耗曲线在仿真软件或者测试仪器中可以表示如下图所示：

很多总线都对回波损耗有明确的要求，如下图所示为SFF-8431对高速传输链路通道的回波损耗的要求：

如下图所示为Thunderbolt对回波损耗的要求：

如何设计好电路，使回波损耗更加小一些呢？下面我们通过几个实验看看哪些因素对回波损耗有影响。

在电路设计中，一段均匀的传输线可以用如下图所示的电路（只有一段传输线TL1）表示：

回波损耗的结果如下图所示：

回波损耗的结果在30GHz的全频段内都低于-40dB。并不是每一个电路设计都会使均匀不变化的，比如下图所示：

这种电路经常出现在

有比较小的BGA区域，

由于

BGA区域

的pitch比较小，会导致在BGA区域的传输线变窄

（Neck

），不同的BGA

大小可能不相同，这样导致

neck线的长度也不一致。

在ADS中

用如下图的电路图表示：

回波损耗仿真的结果如下图所示：

BGA区域的传输

线线宽

变

成了4mil，

线长

不

变的情况下，回波损耗由

-40dB以下变成了部分频段内达到了-10dB以上。

如果对中间传输线TL2的线宽扫描仿真，其仿真原理图如下图所示：

仿真的结果与原始均匀的传输线仿真的结果对比如下图所示：

显然，线宽一致性越好，回波损耗越小。

如果再考虑上过孔、连接器、线缆等，其链路会更加的复杂，如下图所示：

这时候，如果任何环节的阻抗设计不一致，都会导致回波损耗的变化。如下图所示添加了没有经过优化的过孔，其回波损耗结果：

回波损耗变得更加的恶化。这也验证了在高速电路设计中，任何一个点的阻抗不连续都会造成回波损耗的变大，进而导致信号变差。

还有很多实验在本文中不在列举。总之，只要使链路中每一个设计点的阻抗一致或者尽量一致，比如BGA区域线宽变化尽量避免或者减小，过孔和焊盘优化后再使用，连接器和线缆等尽量选择一致性好的，等等。

蒋修国蒋修国蒋修国

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