L'actualité PCB - Les substrats PCB sont la clé pour déterminer la stabilité de la ligne à retard

Les substrats PCB sont la clé pour déterminer la stabilité de la ligne à retard

Dans les circuits PCB, les lignes à retard sont un élément structurel très utile pour ajuster les signaux dans les circuits analogiques et numériques. Les principales caractéristiques d'une ligne à retard haute fréquence à grande vitesse comprennent la bande passante de travail, le temps de retard, les pertes d'insertion dans la bande passante de travail, les pertes de retour, le rapport d'onde stationnaire, le temps de montée et la stabilité du retard. La ligne à retard peut être réalisée par différents éléments de circuit, tels que des axes, des éléments acoustiques de volume, des éléments acoustiques de surface, etc., mais le choix du matériau PCB aura un impact important sur les performances finales de la ligne à retard. L'uniformité de la constante du point milieu du PCB et l'uniformité de l'épaisseur du PCB affecteront grandement l'uniformité des performances et l'effet attendu de la ligne à retard. Tout simplement, qu'il s'agisse d'une ligne à ruban ou d'un circuit microruban, plus la constance de la constante électrique DK intermédiaire du PCB est grande, meilleure est la constance de l'épaisseur du matériau et meilleure est la stabilité de la ligne à retard dans le PCB.

La fonction principale d'une ligne à retard dans un circuit est d'agir comme un moyen de transmission de signaux électromagnétiques. Lorsque le milieu de transmission est de l'air, la vitesse de propagation du signal électromagnétique est égale à la vitesse de la lumière de 300 000 kilomètres par seconde. Compte tenu de la taille des PCB généralement utilisés par les concepteurs, la vitesse de la lumière peut être calculée en 11,8 pouces par nanoseconde ou 300 mm par nanoseconde. Lorsqu'un signal électromagnétique se propage à travers d'autres médias, tels que les PCB, la vitesse de propagation du signal ralentit en raison de l'influence des caractéristiques du matériau, telles que la constante diélectrique du PCB. Tous les matériaux de circuit ont une constante diélectrique supérieure à 1 et un coefficient diélectrique plus élevé signifie une plus grande capacité de charge et une vitesse de propagation plus faible lorsque les ondes électromagnétiques se propagent dans le matériau de circuit.

Pour une ligne de signal sur un PCB, la vitesse de propagation du signal électromagnétique est égale à la vitesse de la lumière divisée par la racine carrée de la constante diélectrique. La constante diélectrique DK du vide et de l'air est considérée comme 1. Ainsi, lorsque l'air est utilisé comme milieu de propagation, la vitesse de propagation du signal électromagnétique ne change pas. Pour un matériau fr - 4 de constante diélectrique 4, lorsque le signal électromagnétique y circule, la vitesse de propagation est égale à la vitesse de la lumière divisée par la racine carrée de la constante diélectrique, c'est - à - dire divisée par 2. Ainsi, la vitesse de propagation du signal dans le matériau fr - 4 est la moitié de la vitesse de propagation dans l'air ou le vide.

Pour une ligne à retard à microbande radiofréquence, le champ électromagnétique traverse une combinaison de conducteurs métalliques et de matériaux diélectriques, y compris le matériau diélectrique PCB sous le conducteur du circuit et l'air au - dessus du circuit. Pour les lignes à retard RF, le champ électromagnétique traversera l'air au - dessus du circuit et le matériau diélectrique du PCB sous le circuit. C'est notamment le cas pour les circuits multicouches utilisant des Vias pour connecter différentes couches de circuits. Les guides d'ondes coplanaires sont également couramment utilisés dans les lignes à retard micro - ondes RF, tandis que les différences dans les caractéristiques des matériaux PCB, telles que l'épaisseur du matériau diélectrique et les tolérances d'épaisseur du fil de cuivre, auront un impact significatif sur les performances des lignes à retard.

Bien entendu, pour un matériau PCB particulier, les techniques de traitement des circuits et les techniques d'assemblage sont étroitement liées à la cohérence des performances de la ligne à retard. Idéalement, même si les écarts d'épaisseur et de constante diélectrique du matériau PCB sont faibles et que la cohérence est bonne, les différences de caractéristiques entre les différents matériaux PCB se traduisent par des différences dans les performances de la ligne à retard. Comme une augmentation de la capacité entraînera une augmentation du temps de retard, les effets capacitifs indésirables causés par des facteurs tels que les points de connexion du circuit doivent être minimisés. Pour garantir une bonne stabilité des performances électriques, les lignes à retard PCB doivent être conçues avec un plan de masse de grande surface.

Dans la conception réelle du circuit de ligne à retard, la recherche d'un matériau PCB approprié doit peser plusieurs facteurs de manière intégrée. Du point de vue des excellentes propriétés, le matériau de circuit RT 5880 de Rogers, représenté par Stone Strong, est à base de polytétrafluoroéthylène, durci par des microfibres de verre. Le matériau du circuit RT 5880 a une constante diélectrique polaire et une tolérance très faible, DK de 2,2 avec une tolérance de 0,02. Dans le même temps, il a également un faible coefficient de perte et est disponible en stratifiés de différentes tailles et épaisseurs (jusqu'à 0005 pouces dans les plus minces). Lors de la conception d'une ligne à retard avec le RT 5880, l'épaisseur peut être strictement contrôlée pour réduire l'impact sur la ligne à retard. Bien sûr, une bonne performance implique souvent des coûts plus élevés. Les matériaux de PCB avec une faible valeur DK et une tolérance ultra - faible DK sont légèrement plus chers que les autres matériaux. Ces matériaux sont souvent utilisés dans les dispositifs de circuit les plus difficiles, tels que l'électronique militaire.

Compte tenu des propriétés et du coût du matériau, le matériau ro3003 de Rogers est également à base de PTFE et renforcé par des céramiques. Avec une constante diélectrique de 3,00 et une tolérance de 0,04, le ro3003 a également un faible facteur de perte et un contrôle facile et précis de l'épaisseur pour réduire l'impact sur les performances de la ligne à retard. Rogers est un matériau PCB très rentable pour le laminage de lignes à retard. A 10 GHz, le ro4835 a une constante diélectrique de 3,48 sur l'axe Z avec une tolérance de 0,05. En plus d'être compatible avec le processus sans plomb, le matériau a également une faible déviation d'épaisseur et peut être traité avec le processus standard de matériau fr - 4 pour réduire le coût du produit. Pour répondre aux différentes exigences de conception, il existe une large gamme d'épaisseurs applicables pour le matériau et l'épaisseur de la Feuille de cuivre, l'épaisseur la plus mince pouvant être de 00066 pouce.

Pour atteindre les objectifs de conception d'une ligne à retard, de nombreux facteurs doivent être pris en compte, en plus du choix du matériau du PCB. Chaque interface du circuit hyperfréquence radiofréquence peut entraîner une augmentation du temps de retard de la ligne à retard. Pour les cartes PCB qui utilisent des connecteurs coaxiaux pour la transmission de signaux, l'interface entre la carte et le connecteur introduira une variation de temps de retard. Ces interfaces ou points de conversion de signaux doivent être aussi cohérents que possible aux deux extrémités afin de réduire les variations de temps de retard du circuit. Le stratifié ro4835 peut fournir des tolérances DK extrêmement faibles, un contrôle précis de l'épaisseur et des niveaux de performance à faible perte pour répondre aux exigences de conformité des performances des lignes à retard.