科学论证：为啥设计5mil左右的线宽“性价比”最高
高速先生成员--黄刚
做过PCB-layout的朋友都知道，在真正进入PCB布局布线之前，往往有一个东西是要首先确定下来的，那就是叠层设计。Chris和很多工程师朋友们聊过天，Chris一来就会问很尖锐的问题，你们的PCB布局布线能力非常厉害，但是你们当中有多少人是自己一手一脚的进行叠层设计的呢？
不能说没有，但是的确占得比例不多。为什么呢？原因也很简单，大部分的PCB工程师朋友更关心器件怎么布局，走线能不能走出来。对于叠层设计来说，他们最关心的就是多少层，至于你问他们线宽需要多少mil，在他们能保证有空间走的情况下，我相信他们是不会care你是4mil还是6mil的。。。
对啊！如果设计工程师都不关心线宽的话，那谁关心呢？这个时候我们SI就真的要跳出来了，没错，我们会关心的更多！
为什么呢？这就要从PCB叠层设计需要不就提到了我们点讲起了：
1， 需要几个走线层、地平面、电源层？加起来就是总的层数了。其中需要考虑的细节是走线需要几层出线，地平面对应有几个，电源需要几Oz的铜和需要多少层；
2， PCB板的总厚度有没有要求？像一些主要协议和接口规范的约束，例如1.6mm的金手指板卡等；
3， PCB板里面的高速信号速率是多少？不同速率的高速协议允许的损耗值不同，损耗值不同就意味着板上高速线的走线长度不同，这就涉及到了需要用什么等级的板材和通过线宽来衡量单位长度的损耗值；
线宽！！！这不就提到了我们这篇文章要讲的线宽了嘛。我们知道，高速信号一般走在内层，结构就是上面分别被pp和core包裹的，如下所示：
除了电源层之外，需要几个高速走线层，其实就是在算需要几个上面这样的结构。上面的结构其实就需要我们去定义线宽和pp/core的厚度了。
首先我们先说说线宽，因为在板材一定的情况下，它决定了我们单位长度走线的损耗值。然后我们再说说pp和core的厚度，它们又反过来决定了线宽，因为在一定的阻抗控制下，pp和core的厚度定下来，线宽也就定了。一句话，他们之间是互相影响也互相关联！
Chris在这篇文章中用一个M7级别的pp和core的组合，来看看控制同样的93欧姆阻抗下（56G以上高速信号主流差分阻抗）不同线宽的损耗值变化趋势，看完了大家就明白Chris这篇文章的意思了。
在控制93欧姆的前提下，我们分别调整pp和core的厚度来控制线宽分别从3mil到8mil的变化，下表给出了从3mil到8mil时的pp和core的厚度：
然后我们再给出不同线宽下的单位inch长度的损耗结果，从3mil到8mil的损耗曲线如下所示：
从上图的结果看看，我们当然知道，线宽越宽损耗越小，但是如果要说，从3mil一直到8mil线宽变化时损耗变化比例的话，大家会看到平时不太关注的一些东西。首先我们还是以表格的形式直观的列出不同线宽对应在14GHz和28GHz（分别对应56Gbps和112Gbps的基频）的损耗结果。
好吧，Chris这个时候可以回答下标题的问题了，为什么说线宽在5mil左右时性价比最高呢？我们首先从损耗的角度看看从3mil到8mil时，线宽每减小1mil，损耗增加的比例是怎么样的。
先看看14GHz时，如下所示：
8mil到7mil：损耗0.51dB→0.56 dB：增加9.80%
7mil到6mil：损耗0.56 dB→0.62 dB：增加10.71%
6mil到5mil：损耗0.62 dB→0.69 dB：增加11.29%
5mil到4mil：损耗0.69 dB→0.79 dB：增加14.49%
4mil到3mil：损耗0.79 dB→0.97 dB：增加22.78%
再看看28GHz时，如下所示：
8mil到7mil：损耗0.87dB→0.93 dB：增加6.9%
7mil到6mil：损耗0.93 dB→1.03 dB：增加10.75%
6mil到5mil：损耗1.03 dB→1.14 dB：增加10.68%
5mil到4mil：损耗1.14dB→1.29dB：增加13.16%
4mil到3mil：损耗1.29 dB→1.57dB：增加21.71%
从这个case的线宽-损耗变化趋势看， 5mil是一个分水岭，线宽小于5mil之后的损耗增加量变得飞快，而大于5mil之后，尤其到了7mil往上走的时候，由于线宽的增加导致的损耗的改善就越来越小了。
另外我们上面的文章还展示了对应线宽下的pp和core的厚度变化，我们也大概来算算pp和core加起来的厚度随不同线宽的变化量，如下所示：
3mil：core：2.5mil，PP：2.5mil
4mil：core：3.5 mil，PP：3.3mil 线宽3mil→4mil：总厚度加1.8mil
5mil：core：4 mil，PP：4.2mil 线宽4mil→5 mil：总厚度加1.4mil
6mil：core：5 mil，PP：5.1mil 线宽5mil→6 mil：总厚度加1.9mil
7mil：core：6mil，PP：5.9mil 线宽6mil→7 mil：总厚度加1.8mil
8mil：core：7mil，PP：6.8mil 线宽7mil→8 mil：总厚度加1.9mil
那么凑巧吗？刚好也在5mil线宽时增加量和其他线宽的不同，其他线宽变化下增加的量都在1.8mil左右，但是4mil到5mil变化时增加的量却是最小的，只有1.4mil。
什么叫性价比呢？本文想表达的意思就是线宽的不同，当然会导致损耗的不同， 导致叠层厚度的不同。从上述的损耗和pp/core厚度和线宽的关联性验证的数据看，5mil线宽的损耗算是一个分水岭，小于5mil后损耗增加剧烈，大于5mil后损耗改善慢慢变小；如果从厚度的角度看，5mil左右线宽相对其他线宽也具有相对较小的厚度改变量。
当然，不是说5mil线宽是每个项目的黄金线宽哈，例如有的项目可能需要极小的损耗，那就只能通过不断增加线宽来实现了。或者有的项目要求的叠层厚度很小，压根不可能增加pp和core做到5mil线宽，我们也没办法勉强。Chris想说的只是一个叠层设计相对比较深层的一种思路，就是如果没有其他约束情况的话，把线宽设计到5mil时，加工因素的一些影响，例如线宽需要change成4.8mil或者5.2mil，又或者pp和core的厚度略微调整个0.2-0.3mil的时候，5mil线宽这个性价比高的优势就体现出来了，在上述参数的调整过程后，从损耗和阻抗变化来说，它一定会比其他线宽有更好的适应性，在抵御加工因素变化时，能更好的保持预期的效果哈！