1、我們常用的PCB介質(zhì)是FR4材料的,相對空氣的介電常數(shù)是4.2-4.7。這個介電常數(shù)是會隨溫度變化的,在0-70度的溫度范圍內(nèi),其最大變化范圍可以達(dá)到20%。介電常數(shù)的變化會導(dǎo)致線路延時10%的變化,溫度越高,延時越大。介電常數(shù)還會隨信號頻率變化,頻率越高介電常數(shù)越小。100M以下可以用4.5計算板間電容以及延時。 2、一般的FR4材料的PCB板中內(nèi)層信號的傳輸速度為180ps/inch(1inch=1000mil=2.54cm)。表層一般要視情況而定,一般介于140與170之間。 3、實(shí)際的電容可以簡單等效為L、R、C串聯(lián),電容有一個諧振點(diǎn),在高頻時(超過這個諧振點(diǎn))會呈現(xiàn)感性,電容的容值和工藝不同則這個諧振點(diǎn)不同,而且不同廠家生產(chǎn)的也會有很大差異。這個諧振點(diǎn)主要取決于等效串聯(lián)電感?,F(xiàn)在的比如一個100nF的貼片電容等效串聯(lián)電感大概在0.5nH左右,ESR(等效串聯(lián)電阻)值為0.1歐,那么在24M左右時濾波效果最好,對交流阻抗為0.1歐。而一個1nF的貼片電容等效電感也為0.5nH(不同容值差異不太大),ESR為0.01歐,會在200M左右有最好的濾波效果。為達(dá)好較好的濾波效果,我們使用不同容值的電容搭配組合。但是,由于等效串聯(lián)電感與電容的作用,會在24M與200M之間有一個諧振點(diǎn),在這個諧振點(diǎn)上有最大阻抗,比單個電容的阻抗還要大。這是我們不希望得到的結(jié)果。(在24M到200M這一段,小電容呈容性,大電容已經(jīng)呈感性。兩個電容并聯(lián)已經(jīng)相當(dāng)于LC并聯(lián)。兩個電容的ESR值之和為這個LC回路的串阻。LC并聯(lián)的話如果串阻為0,那么在諧振點(diǎn)上會有一個無窮大的阻抗,在這個點(diǎn)上有最差的濾波效果。這個串阻反倒會抑制這種并聯(lián)諧振現(xiàn)象,從而降低LC諧振器在諧振點(diǎn)的阻抗)。為減輕這個影響,可以酌情使用ESR大些的電容。ESR相當(dāng)于諧振網(wǎng)絡(luò)里的串阻,可以降低Q值,從而使頻率特性平坦一些。增大ESR會使整體阻抗趨于一致。低于24M的頻段和高于200M的頻段上,阻抗會增加,而在24M與200M頻段內(nèi),阻抗會降低。所以也要綜合考慮板子開關(guān)噪聲的頻帶。國外的一些設(shè)計有的板子在大小電容并聯(lián)的時候在小電容(680pF)上串幾歐的電阻,很可能是出于這種考慮。(從上面的參數(shù)看,1nF的電容Q值是100nF電容Q值的10倍。由于手頭沒有來自廠商的具體等效串感和ESR的值,所以上面例子的參數(shù)是根據(jù)以往看到的資料推測的。但是偏差應(yīng)該不會太大。以往多處看到的資料都是1nF和100nF的瓷片電容的諧振頻率分別為100M和10M,考慮貼片電容的L要小得多,而又沒有找到可靠的值,為講著方便就按0.5nH計算。如果大家有具體可靠的值的話,還希望能發(fā)上來^_^) 介電常數(shù)(Dk, ε,Er)決定了電信號在該介質(zhì)中傳播的速度。電信號傳播的速度與介電常數(shù)平方根成反比。介電常數(shù)越低,信號傳送速度越快。我們作個形象的比喻,就好想你在海灘上跑步,水深淹沒了你的腳踝,水的粘度就是介電常數(shù),水越粘,代表介電常數(shù)越高,你跑的也越慢。 介電常數(shù)并不是非常容易測量或定義,它不僅與介質(zhì)的本身特性有關(guān),還與測試方法,測試頻率,測試前以及測試中的材料狀態(tài)有關(guān)。介電常數(shù)也會隨溫度的變化而變化,有些特別的材料在開發(fā)中就考慮到溫度的因素.濕度也是影響介電常數(shù)的一個重要因素,因?yàn)樗慕殡姵?shù)是70,很少的水分,會引起顯著的變化. 以下是一些典型材料的介電常數(shù)(在1Mhz下): 真空 | 1.0 | 純PTFE | 2.1 | GY PTFE | 2.2-2.3 | GX-PTFE | 2.55 | 氰酸酯/玻璃 | 3.2 | 氰酸酯/石英 | 2.8-3.4 | 聚酰亞胺-石英 | 3.5-3.8 | 聚酰亞胺-玻璃 | 4.0-4.6 | 環(huán)氧樹脂-玻璃(FR4) | 4.4-5.2 | 無紡芳香胺(aramid) | 3.8-4.1 | 芳香胺(織布) | 3.8-4.1 | 陶瓷填充聚四氟乙烯 | 6.0-10.2 | Foamclad (Arlon 專利) | 1.15-1.3 | 水 | 70.0 | 可以看出,對于高速、高頻應(yīng)用而言,最理想的材料是由銅箔包裹的空氣介質(zhì),厚度允差在+/-0.00001"。作為材料開發(fā),大家都在朝這個方向努力,如Arlon 專利開發(fā)的Foamclad非常適合基站天線的應(yīng)用。但不是所有的設(shè)計都是介電常數(shù)越小越好,它往往根據(jù)一些實(shí)際的設(shè)計而定,一些要求體積很小的線路,常常需要高介電常數(shù)的材料,如Arlon的AR1000 用在小型化線路設(shè)計.有些設(shè)計如功放,常用介電常數(shù)2.55(如Arlon Diclad527, AD255等),或者介電常數(shù)3.5(如AD350,25N/FR等).也有采用4.5介電常數(shù)的,(如AD450)主要從FR-4設(shè)計改為高頻應(yīng)用,而希望沿用以前設(shè)計. 介電常數(shù)除了直接影響信號的傳輸速度以外,還在很大程度上決定特性阻抗,在不同的部分使得特性阻抗匹配在微波通信里尤為重要.如果出現(xiàn)阻抗不匹配的現(xiàn)象,阻抗不匹配也稱為VSWR (駐波比). MAX2242:印刷電路板材料應(yīng)選用FR4或G-10。這類材料對大多數(shù)工作頻率在3GHz以下的低成本無線應(yīng)用都是很好的選擇。MAX2242評估板使用的是4層FR4,其介電常數(shù)為4.5,絕緣層厚度6 mil、1oz覆銅。 在設(shè)計像MAX2242這樣在2.45GHz下輸出阻抗只有大約(8 + j5) 的低阻電路時,0.5nH電感就可以產(chǎn)生8的感抗,8的感抗相當(dāng)于介電常數(shù)為4.5、厚度為6mil的FR4印刷電路板上60mil x 10mil的微帶線產(chǎn)生的阻抗。 諧振頻率計算:f=1/(2*3.14159*SQRT(L*C)) |