玻纖效應之我見

加粗樣式
高速訊號還是需要考慮玻纖效應的 – 魯迅。

今天我們聊一聊玻纖效應，那什麼是玻纖效應？每次說玻纖效應，就會想起童年的時候，家裡沒有空調，夏天用竹編涼蓆，見下圖。編織得再緊密，交叉處還是會有空洞。

其實，我們用的電子產品裡的PCB板，裡面的介質層是由環氧樹脂與增強材料玻纖布交織混合而成。而玻纖布由經紗(warp)與緯紗(waft)交織而成，中間的間隙導致介質層相對介電常數區域性變化的現象稱為玻纖效應。

為什麼會產生玻纖效應？
由於玻纖布和樹脂的介電常數相差較大（玻纖布一般在6左右，樹脂是2.5），在靠近玻纖的走線上訊號感受到的介電常數較大，而在玻纖之間視窗區域走線的訊號感受到的介電常數較小，從而導致了玻纖效應。

因為產品和速率要求的不同，我們會選用不同的板材，而不同的板材有不同的編織密度，如下圖所示。玻纖視窗越小，板材介電常數越均勻。

玻纖效應有什麼影響？
玻纖效應對高速訊號產生的影響主要體現在傳輸線阻抗波動和差分Skew兩個方面。
由於玻纖布之間間隙的存在，造成同一條阻抗線，由於不同位置處介質層的介電常數(Er)不一致而出現阻抗突變，而影響高速訊號的傳輸質量，影響訊號的完整性。
特性阻抗計算公式
Z=87/[sqrt(Er+1.41)]}ln[5.98H/(0.8W+T)]
微帶線(Microstrip）
Z=87/[sqrt(Er+1.41)]}ln[5.98H/(0.8W+T)]
帶狀線(Stripline)

玻纖效應會導致差分線PN間的傳播速度不一致，造成Skew。速率越高，訊號週期越短，Skew的影響也就越大。Skew導致鏈路損耗的增加，在這裡就不做過多的衍伸。

玻纖效應引起的模態轉換及帶來嚴重的Skew，其影響通常在4 ps/in，在極端的情況可能達到16 ps/in。4 ps~16 ps/inch這個Skew大不大？換算成走線長度就有點直觀印象了，約為24mil~96mil/inch。對比高速訊號PN間等長5mil甚至2mil的物理要求，影響不言而喻。那我們該怎麼解決玻纖效應？

1.避免水平或垂直走線，採用Zig-zag或者10-degree

2.注意板材角度，旋轉PCB板生產
3.採用扁平E-玻纖布或者效能更好的NE-玻纖布。

4.選擇玻纖視窗更小的PP/CORE
小夥伴們有沒有想過，為了考慮玻纖效應，一味地選擇玻纖視窗小的材料，要不要考慮其他因素的影響？

上表中，玻纖視窗越小的PP/CORE，RC含量越高，厚度越厚。而前期PCB板層疊的時候，因為板厚的限制，有些板材是需要考慮厚度的。至於選擇哪一種玻纖視窗的材料，需要綜合考慮，不可欲速不達。