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高速板材为什么贵?单看这一点你们就明白了!

2024-04-08 高速先生 阅读:
公众号|高速先生作者|黄刚高速先生作为公司的技术前沿分队,接触到不同类型的PCB产品,也看到不同的客户所使用的PCB板材各有不同。有的客户的产品在板材这一块一直用普通FR4也没有问题,有的客户的产品就

公众号 | 高速先生

作者 | 黄刚14bednc

高速先生作为公司的技术前沿分队,接触到不同类型的PCB产品,也看到不同的客户所使用的PCB板材各有不同。有的客户的产品在板材这一块一直用普通FR4也没有问题,有的客户的产品就一直用高速板材,还有的客户本来用高速板材,经过高速先生仿真验证后改用普通板材,当然还有的客户狠一狠心,就用最好的吧……14bednc

很多客户没用过高速板材,但是不代表不知道高速板材比较贵!是的, 相对于出货量最大的普通FR4板材,高速板材的价格的确会相对高很多。贵就算了,还有随之而来的时间成本,因为一般高速板材还有备料周期,动不动就2-3周,而普通FR4板材一般情况下板厂都有现成的物料,直接设计完就可以加工。无论是从精神上还是物质上来说,高速板材都是真的“贵”啊!那弱弱的问一句,既然那么贵,为什么有的客户还“硬”要用呢?

行!高速先生今天就从大家最容易接受的角度来说清楚高速板材又贵又受欢迎的原因哈!那就是损耗!都说高速板材的损耗小,那我们今天就通过具体的仿真数据来量化一下,到底比普通FR4板材小多少?既然说到这份上了,我们就玩一把大的!我们直接来对比下市面上的损耗最大的普通FR4级别板材和损耗最小的M8级别板材(在树脂类型相同的体系下)的损耗量化情况。因为高速先生去年刚刚完成了对M8级别板材的测试,因此得到了它的第一手损耗测试数据哈!14bednc

说到损耗,那首先我们要知道影响损耗的板材电性能参数有哪些。当然在提到参数之前,我们先得说说PCB走线的损耗到底有几部分组成!其实这个概念高速先生之前已经提过很多次了,主要分为导体损耗和介质损耗(还有很少一部分辐射损耗)。回归到板材的电性能参数上,主要就是这几个参数了:影响导体损耗的线宽和铜箔粗糙度以及影响介质损耗的板材DF值。在线宽相同的情况下,那就变成2个因素,板材的DF和铜箔粗糙度。如果粗糙度也能一样的话(事实上不可能哈,下面会说),那就是妥妥的一个因素,板材的DF值。

那我们首先快速来看看板材的DF值的对比,在普通FR4和M8级别板材中,DF的对比其实是很强烈的!14bednc

还有一个连带因素就是,普通FR4板材能标配的铜箔类型主要是STD铜箔,M8标配的是HVLP3的铜箔,我们再来看看两种铜箔的RZ值的对比哈!

那到底这些冷冰冰的数据能不能量化成具体的损耗值呢?OK,仿真可以轻松的做到这一点。我们在两种板材上所走传输线的线宽相同的情况下来做个对比。单位inch情况下的损耗差距就是这样子了!

怎么样,这个差别有没有你们想象中的大呢?另外为什么我们要标出两个频点的损耗值,一个是14GHz,一个是28GHz呢?另外这就是目前高速信号比较常见的基频速率,14GHz可以对应25G的nrz信号,也因为对应搭配56G的pam4信号。而28GHz则对应目前比较top的112G的应用了。

如果觉得无源的损耗也不是很直观的话,那我们把损耗转化为时域的眼图来看看?我们找到理想的发送信号的模型,峰峰值为1V。首先来看看入门级的25G信号,其实目前很多客户已经做到这个量级的产品了。1inch的25G信号其实普通FR4板材的眼图也是很大裕量的,更不用说M8了!14bednc

所以在25G这个量级下,其实几个inch的走线也有可能用FR4板材搞掂的。事实上,我们也帮助不少的客户实现了这种降成本的方案。当然,在25G这个级别产品出来的时候,M8级别都没有呢,因此肯定也不会在25G这个级别考虑M8那么高端的板材。14bednc

那M8是什么时候出来的呢,其实M8出来的时候112G产品应用已经慢慢起来了!你可以认为M8就是专门为112G应用去研发的板材哈!既然都说到这了,就直接来看112G的眼图吧。哪怕你们不会有112G的产品应用,也没接触过M8级别的板材,但是你肯定也知道112G速率下应该不能再用普通FR4板材了吧!14bednc

当然你们也别把112G想得那么恐怖,1inch的FR4板材走线损耗还是能hold住的!14bednc

不过你们也别觉得能多厉害,因为普通FR4板材也仅仅能hold住1inch的走线而已,再走多1inch它就……

相比之下,M8级别板材显然不止2inch的裕量!14bednc

好,本文的内容就说到这了。稍微总结下,首先我们从大家最容易理解的损耗的角度来对比了普通FR4板材和M8级别两种极端板材的性能。当然其实在背后推动高速板材发展的就是产品的速率了,速率不断提高,单位inch的损耗不断增大,而接收芯片的阈值却不会无限的降低,产品的走线也不可能无限的变短,这就导致了在高速率下还想获得良好的误码率越来越难,因此这些看上去很贵的板材也不得不用。事实上,在真正应用的场景下,我们选择这些高速板材也不仅仅是为了损耗这个单一的因素,至于还有什么其他因素,那就作为问题去问问大家吧!14bednc

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Q14bednc

本期提问14bednc

选用高速板材除了损耗小这个因素外,我们还有哪些考虑的因素吗?14bednc

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