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电路设计->综合电路图->EDA-PLD电路图->提高信号完整性的PCB材料

提高信号完整性的PCB材料

作者:angelazhang时间:2015-08-09浏览次数:2141

信号完整性是关系到电路板电气性能的首要问题,主要影响电路的射频应用和高速数字信号应用。与电路材料相关的一些特性能够提高信号完整性。


PCB的阻抗控制是关系到信号完整性的重要因素。影响电路阻抗控制的因素主要是电路板厚度、导体宽度、铜箔厚度和PCB材料的介电常数。这些变量之间会互相影响,关键的影响因子是电路板的厚度还有其他变量对阻抗变化的影响。一个简单的例子是考虑两种不同PCB厚度下50 ohm微带传输线。应用厚度10mil、介电常数3.9的电路材料,导体宽度变化1mil会导致阻抗变化2.8%;对比应用厚度4mil相同介电常数的电路材料,导体宽度变化1mil会导致阻抗变化6.8%。


考虑相同的例子,材料介电常数的变化对阻抗变化的影响小于电路厚度造成的影响。在上一个例子中介电常数变化0.1会导致10mil和4mil材料阻抗变化1.1%。


因为电路需要阻抗容差控制,需要考虑各种因素对阻抗的影响。即使介电常数对阻抗影响较小,但在电路阻抗容差控制在5%以内仍然需要考虑介电常数的影响。用于高频电路中的层压板由于其应用环境对阻抗容差要求较高,因此需要在制造中严格控制介电常数容差。


电路板厚度是关系到阻抗变化变量的驱动因素,最理想的电路板制造工艺需要对厚度进行精确的控制。大部分的数字PCB板都是多层板,关于之前提到的微带例子,电路板需要在PCB外侧加两个铜层。这种PCB需要用半固化片或者叠片的方式处理来形成多层板。大部分的高频层压板都需要对厚度进行精确控制。为获得更好的电路板厚度控制,采用铁心叠片工艺对比铜箔层压方式更有意义。


数字脉冲信号在不同的频率下会表现出多种射频波形。高频数字信号是利用基频信号以倍频和谐波的方式产生。一般而言,速率是1Gbit/s的数字信号会用到模拟波的倍数,基频的模拟信号频率是0.5GHz,基频的倍数就会产生1.5GHz和2.5GHz的信号。如果材料的损耗因子在频率0.5GHz和2.5GHz发生明显变化,这会影响数字信号的形成和信号完整性。许多的PCB材料的损耗因子在这个频段范围内没有明显的变化。但是在速率更高的情况下,损耗因子的变化就是重要的影响。


现在有许多速率10Gbit/s或者更高的高频数字应用。这些应用主要是利用5GHz基频信号,通过谐波方式产生15GHz,25GHz的信号。在这种频率范围内,大部分普通的PCB材料在损耗因子上会有较大的变化从而影响信号的完整性。这也是高速数字信号PCB需要采用高频电路材料的原因。高频材料在宽频范围内能够保持低损耗因子的最小变化。这些材料通常用于高频率应用,频率到77GHz甚至更高。除损耗因子的改善外,这些材料在厚度和介电常数控制上也很精确,会提高电路板上的信号完整性。


信号完整性问题随着速率提高变得更加复杂。理解高频电路板材料特性会对减小信号完整性问题提供有利的帮助。当处理信号完整性问题时,材料供应商能够帮助客户选择合适的电路板材料来达到最好的性能。



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