R1566W
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NPG170N
EM-370D
185HR
NPG150N
IT180I
NP175F
IT-158 S1000
胜宏科技
Victory Giant Technology
Thanks for your Attention !
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高频技术研讨报告
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制作：卞华昊 23/Feb/2017
目录
1. 高频信号基础
2. 高频应用领域
3. 对损耗的影响因子
4. CCL基材对损耗的影响
5. PCB 制作对损耗的影响
6. 我司高频材料Df等级
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1. 高频信号基础
1.1 高频的定义
频率: 是指单位时间内完成振动的次数，是 描述振动物体往复运动频繁程度的量。 常用符号F (frequency) 表示。 基本单位是赫兹（Hz），简称赫，常用千赫 （KHz）或兆赫（MHz）或吉赫（GHz）做 单位。
NP175FM Megtron4
IT-200LK IT-150DA FR408HR
待评估
RO3003
评估中
Megtron7 M6/M6G
Astra
TU-933
GA-886
合格物料
RO4350
I-Tera
TU-883
IT-968
GA880
TU872LK
EM888S
370HR
FR408 TU862
IT150G S1150G
如左图可以看出，化学镍金 具有最高的插入损耗，而有 机保焊膜、化学沉银的插入 损耗基本与裸铜相当。
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6.我司高频材料Df等级
Df
Super L-loss 0.004 Very L-loss 0.008 Low loss 0.013 IS415 Mid loss 0.020 Std loss 0.023
-0.8dB/inch(SL) -0.84dB/inch(MS) -0.75dB/inch(SL) -0.79dB/inch(MS)
SDD21 @8GHz
-1.60dB/inch(SL) -1.68dB/inch(MS) -1.50dB/inch(SL) -1.58dB/inch(MS)
Brickland
从如下曲线图中可以看出的随着频率的增加，不同Stub 长度对Insertion-Loss 影 响越大。 改用Back-Drilling 方式作业可控制Stub 长度，能有效改善Insertion-Loss。
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5.5 表面处理对损耗的影响
PCB 的表面加工处理也对电路的损耗有影响，特别是在高频阶段，不同的表面处 理工艺对PCB的损耗产生不同的影响，大部分PCB表面处理的导电性都比铜箔的 导电性差，导电性越差产生的导体损耗越高，从而电路的插入损耗也越大。
光模块产品 （6.25Gbps）
高性能光模块 （25Gbps）
（3.2Gbps）
一些高速电子产品和设备及其传输速率
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3. 对损耗的影响因子
随着信号频率的增加，除了设计端关于 信号加重，滤波等方式优化降低信号传 输的损耗外，PCB基材介质和导线都会 吸收能量，以及PCB加工过程中对材料 的处理也会造成信号损耗的问题。
-0.48dB/inch(SL)
-0.96dB/inch(SL)
Microstrip 微带 线 优点 设计简单方面， PCB制作容易管控
Stripline 带状线 不易受外界讯号干 扰 对介层管控要求严 格，受孔Stub影 响较大。
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microstrip
stripline
基本传输线种类
缺点
辐射损耗大，易于 受外界讯号干扰
右图为传输线中主要 插入损耗来源于传输 的信号频率之间关系 示意图
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1.5 趋肤效应
高速或高频情况下，主要受趋肤效应影响，信号在导体中传输感受到的阻抗将远 大于导体在直流情况下的电阻。 趋肤深度：
δ：趋肤深度 μ：磁导率 σ：电导率 f： 频率
-7 对于纯铜导线： μ=4πⅹ10 H/m σ=5.8 ⅹ107 S/m
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5.3 Stub对损耗的影响
从如下曲线图中可以看出的随着频率的增加，不同Stub 长度对Insertion-Loss 影 响越大。 改用Back-Drilling 方式作业可控制Stub 长度，能有效改善Insertion-Loss。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
S21 ［dB］
Stub 长度
Freq ［GHz］
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5.4 内层孔环对损耗的影响
导体的趋肤效应 （红色表示电流密度最大，蓝色表示最小）
则在1GHz频率下 δ 铜=2.1um ：
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2. 高频应用领域
基站天线
手机通讯
4G/5G手机
卫星通讯
民用/军用卫星通讯
汽车电子
汽车雷达 & 导航
网络通讯
交换器 & 路由器 & 服务器
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2. 高频应用领域
目前几乎所有高速存储器、服务器、路由器以及很多消费电子产品都具有高传输 速率的特性，PCB产业也已迈进高速的方向。
高频信号，顾名思义就是频率较高的信号。 在电子学上和高速数字设计领域，分别有不 同的判断标准。通常当F>100MHz的时候,或 信号上升时间小于3.185ns左右的时候, 认为 是高频电路。
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1.2 高速信号和的传输线
对于高速产品，并没有明确定义，一般认为对损耗有特定要求的产品为高速产品。 Platform Romley Grantley 传输线模型 SDD21 @4GHz
Df 介于0.01~0.005 电路板材适合上限为10Gbps 数字 电路 Df 介于0.005~0.003 电路板材适合上限为25Gbps 数字 电路 Df 介于0.0015 电路板材适合上限为50Gbps 数字电路
USB2.0 (480Mbps)
交换机 (1Gbps)
基站 (2.3Gbps)
IEEE 1394(B) 接口
1.3 介电常数（Dk）和损耗因子（Df）
• Dk 定义
介电常数（Dk）准确讲应该称为相对介电常数。 绝缘材料的容电率与真空或干燥空气的容电率相对比，即成了所谓的“相对容电 率”(Relative Permittivity)，εr，也就是所谓的Dk值或称介质系数(Dielectric constant)。 从信号传输品质的角度来看，介电常数的含义可以理解为介质对电荷的吸附能力， 介电常数越大，其对信号的吸附能力越强，可供使用的信号余量便越小。 介电能力即相当于容电能力。
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4.5 CCL基材的损耗
传统FR4基材损耗
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4.5 CCL基材的损耗
Mid-Loss基材损耗
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4.5 CCL基材的损耗
Low-Loss基材损耗
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5. PCB制作对损耗的影响

通孔孔径 通孔长度 通孔Stub 内层孔环 表面处理
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5.1 通孔孔径对损耗的影响
• Df 定义
损耗因子（Df）即为散失因子（dissipation factor），表示信号传输时在介质 中损失掉的能量（loss），将这个损失掉的能量与未损失的能量（stored）对 比时，即得到Df。
介质损耗因子与频率的相关性
7
1.4 插入损耗的概念
插入损耗（简称插损，数学描述为S21，或insertion loss）：在二端口网络 中，S21定义为从端口2出来的正弦波和从端口1进入的正弦波的比值。
介电能力对比（左）和线路传输模型（右）
5
1.3 介电常数（Dk）和损耗因子（Df）
• Dk 与 Insertion Loss 关系
0
c
Df = 0.01
-5 Insertion Loss, dB
-10
Df = 0.03
-15
-20
-25 0
5
10
15
20
25
Frequency, GHz
6
1.3 介电常数（Dk）和损耗因子（Df）
入射信号 端口一
端口二
反射信号
接收信号
相位差
幅度
简单二端口网络示意图
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1.4 插入损耗的概念
导线发热 导体热 消耗 能量向环 境中发射 辐射 反射 阻抗不连续
插入损耗
与邻近传输 线干扰作用
耦合、 串扰
趋肤效 应 增加导体阻 抗消耗能量
介质损 耗
介质中粒子 振动导致
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1.4 插入损耗的概念
无损传输线是不存在的，通路上的每一个节点都会造成损耗，损耗受控是 一个真正的挑战。
不同材料的RC含量对Df的影响
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4.3 玻璃纤维布的影响
Standard E Glass
Dk 6.6
NE glass (Dk 4.6)
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4.3 玻璃纤维布的影响
STD LDK
标准、Low-DK玻纤对信号的影响比较
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4.4 铜箔的影响
高速信号下，受趋肤效应/深度的影响，铜牙长度直接关系到信号传输质量：
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4.4 铜箔的影响
0.5dB insertion loss improvement observed at 15GHz
RTF VLP
Up to 1dB insertion loss improvement in 8inch trace for VLP at 15GHz
RTF、VLP铜箔对Loss的影响比较
通孔孔径的不同对电路的损耗也有不同的影响。 从下图可以看出，随着通孔直径的增大、其引起了更大的插入损耗，随着 频率的增加，不同通孔孔径对插入损耗的差异也越来越大。
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5.2 PCB 通孔孔长对损耗的影响