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                高端PCB打樣聯系方式

                2.55介電常數高頻板

                2.55介電常數高頻板

                1、我們常用的PCB介質是FR4材料的,相對空氣的介電常數是4.2-4.7。這個介電常數是會隨溫度變化的,在0-70度的溫度范圍內,其最大變化范圍可以達到20%。介電常數的變化會導致線路延時10%的變化,溫度越高,延時越大。介電常數還會隨信號頻率變化,頻率越高介電常數越小。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、實際的電容可以簡單等效為L、R、C串聯,電容有一個諧振點,在高頻時(超過這個諧振點)會呈現感性,電容的容值和工藝不同則這個諧振點不同,而且不同廠家生產的也會有很大差異。這個諧振點主要取決于等效串聯電感?,F在的比如一個100nF的貼片電容等效串聯電感大概在0.5nH左右,ESR(等效串聯電阻)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,由于等效串聯電感與電容的作用,會在24M與200M之間有一個諧振點,在這個諧振點上有最大阻抗,比單個電容的阻抗還要大。這是我們不希望得到的結果。(在24M到200M這一段,小電容呈容性,大電容已經呈感性。兩個電容并聯已經相當于LC并聯。兩個電容的ESR值之和為這個LC回路的串阻。LC并聯的話如果串阻為0,那么在諧振點上會有一個無窮大的阻抗,在這個點上有最差的濾波效果。這個串阻反倒會抑制這種并聯諧振現象,從而降低LC諧振器在諧振點的阻抗)。為減輕這個影響,可以酌情使用ESR大些的電容。ESR相當于諧振網絡里的串阻,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,阻抗會降低。所以也要綜合考慮板子開關噪聲的頻帶。國外的一些設計有的板子在大小電容并聯的時候在小電容(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是根據以往看到的資料推測的。但是偏差應該不會太大。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,還希望能發上來^_^)


                介電常數(Dk, ε,Er)決定了電信號在該介質中傳播的速度。電信號傳播的速度與介電常數平方根成反比。介電常數越低,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,水越粘,代表介電常數越高,你跑的也越慢。

                介電常數并不是非常容易測量或定義,它不僅與介質的本身特性有關,還與測試方法,測試頻率,測試前以及測試中的材料狀態有關。介電常數也會隨溫度的變化而變化,有些特別的材料在開發中就考慮到溫度的因素.濕度也是影響介電常數的一個重要因素,因為水的介電常數是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(在1Mhz下):

                真空1.0
                純PTFE2.1
                GY PTFE2.2-2.3
                GX-PTFE2.55
                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
                70.0

                可以看出,對于高速、高頻應用而言,最理想的材料是由銅箔包裹的空氣介質,厚度允差在+/-0.00001"。作為材料開發,大家都在朝這個方向努力,如Arlon 專利開發的Foamclad非常適合基站天線的應用。但不是所有的設計都是介電常數越小越好,它往往根據一些實際的設計而定,一些要求體積很小的線路,常常需要高介電常數的材料,如Arlon的AR1000 用在小型化線路設計.有些設計如功放,常用介電常數2.55(如Arlon Diclad527, AD255等),或者介電常數3.5(如AD350,25N/FR等).也有采用4.5介電常數的,(如AD450)主要從FR-4設計改為高頻應用,而希望沿用以前設計.

                介電常數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.如果出現阻抗不匹配的現象,阻抗不匹配也稱為VSWR (駐波比).


                MAX2242:印刷電路板材料應選用FR4或G-10。這類材料對大多數工作頻率在3GHz以下的低成本無線應用都是很好的選擇。MAX2242評估板使用的是4層FR4,其介電常數為4.5,絕緣層厚度6 mil、1oz覆銅。

                在設計像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電感就可以產生8的感抗,8的感抗相當于介電常數為4.5、厚度為6mil的FR4印刷電路板上60mil x 10mil的微帶線產生的阻抗。

                諧振頻率計算:f=1/(2*3.14159*SQRT(L*C))


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