我們經(jīng)常討論PCB中損耗大小的問題。有的工程師就會問，哪些因素會影響損耗的大小呢？其實(shí)，最常見的答案通常會說PCB材料的損耗因子、PCB傳輸線的長度、銅箔粗糙度，其實(shí)答案肯定遠(yuǎn)不止于此。下面我們分別就相應(yīng)參數(shù)做一些實(shí)驗(yàn)給大家介紹下PCB板中哪些因素對傳輸線損耗有影響。
1、PCB介質(zhì)損耗因子的變大，損耗越來越大
首先看看介質(zhì)損耗因子Df對損耗的影響，以Df為變量，分析Df的變化對損耗的影響，下圖是分析的原理圖：
仿真對比結(jié)果如下，顯然，隨著PCB介質(zhì)損耗因子的變大，損耗越來越大：
PCB 的損耗因子 Df（Dissipation Factor），又稱損耗角正切（tanδ），是衡量基材電介質(zhì)在交變電場下將電能轉(zhuǎn)化為熱能的無量綱指標(biāo)，數(shù)學(xué)上等于復(fù)介電常數(shù)虛部與實(shí)部的比值（Df = tanδ = ε?''/ε?'），即介質(zhì)損耗功率與儲能功率的比值。Df 越小，介質(zhì)內(nèi)耗越低，信號衰減與發(fā)熱越小，高頻高速場景下這一指標(biāo)尤為關(guān)鍵。
Df 的核心成因（物理機(jī)制）
Df 的產(chǎn)生源于介質(zhì)內(nèi)部的兩種微觀過程，均隨頻率升高而加劇：
極化弛豫損耗（主因）
交變電場快速翻轉(zhuǎn)時，介質(zhì)分子的偶極子、離子或界面極化無法瞬時響應(yīng)，分子間產(chǎn)生 “摩擦”，將電能轉(zhuǎn)化為熱能。頻率越高，極化翻轉(zhuǎn)越頻繁，弛豫損耗越顯著。
電導(dǎo)損耗（次因）
介質(zhì)中少量載流子（離子 / 電子）在電場作用下形成漏導(dǎo)電流，產(chǎn)生焦耳熱。常溫下絕緣良好的基材中此損耗占比低，但高溫、高濕或高壓下會增大。
影響 Df 的關(guān)鍵因素
2、傳輸線長度越大，損耗越大
長度也是損耗的主要因素之一，把傳輸線長度設(shè)定為Len變量，分析Len的變化對損耗的影響，下圖是分析的原理圖：
仿真對比結(jié)果如下，顯然，隨著傳輸線長度越大，損耗越大：
3、銅箔粗糙度越大，損耗越大
銅箔是PCB中常用的導(dǎo)體，其粗糙度的大小也會對損耗造成影響，通過分析，粗糙度的變化對損耗的影響如下圖所示：
從上圖中可以看到銅箔粗糙度越大，損耗越大。
以上這三個影響因子是工程師們很容易能理解。為了減小，工程師們通常想到的方式就是使用低介質(zhì)損耗角因子、減短傳輸線長度以及減小銅箔粗糙度。
除了這三個影響因子，還有諸如過孔、傳輸線對內(nèi)不等長、串?dāng)_等對損耗有影響。如高多層板中的過孔，很多時候都會存在的過孔殘樁（Stub），如下圖所示：
4、過孔殘樁（Stub）就會導(dǎo)致?lián)p耗變大
過孔殘樁（Stub）就會導(dǎo)致?lián)p耗變大，如下圖所示為相同的過孔，沒有殘樁和有殘樁的損耗結(jié)果，有殘樁的時，會存在一個非常大的諧振點(diǎn)，即在此諧振點(diǎn)處，損耗非常大。
并且，隨著殘樁越來越大，諧振的頻率會越來越?。ㄏ鄬?yīng)在特定的頻率處損耗也會變大）。
5、差分線的偏差長度的越長，相同頻率點(diǎn)處的損耗越大。
在PCB設(shè)計中，經(jīng)常會出現(xiàn)差分對內(nèi)不等長（偏差skew）的現(xiàn)象，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著偏差長度的變化，
損耗也會不一樣。如下圖所示，隨著偏差長度的越長，相同頻率點(diǎn)處的損耗越大。
6、串?dāng)_會造成損耗的諧振點(diǎn)
在集成度越來越高的產(chǎn)品設(shè)計中，串?dāng)_ 是工程師一直都在擔(dān)心的問題。因?yàn)閲?yán)重的串?dāng)_會導(dǎo)致很多信號完整性的問題，比如對損耗的影響就是其中之一。如下圖所示為微帶線時，當(dāng)傳輸線與傳輸線的間距變化時的損耗對比結(jié)果。
顯然，在保持其它設(shè)置不變時，間距越大，在相同特定頻率點(diǎn)處，傳輸線的損耗衰減越小。其實(shí)串?dāng)_對損耗的影響還有一些比較有趣的現(xiàn)象，比如什么時候串?dāng)_會造成損耗的諧振點(diǎn)，等等。
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