PCB Tecnico - Comprendere il significato specifico del valore Dk dei materiali del circuito stampato può ridurre i cambiamenti di progettazione

Comprendere il significato specifico del valore Dk dei materiali del circuito stampato può ridurre i cambiamenti di progettazione

Nella fase di sviluppo del circuito PCB, di solito passa attraverso più iterazioni di progettazione del circuito, tra cui test del circuito, riprogettazione e ritrattamento. Queste molteplici modifiche possono comportare un aumento dei costi. Non è raro che un progetto subisca da 4 a 8 cambiamenti dallo sviluppo al lancio sul mercato. Il metodo più comunemente usato è quello di utilizzare il software di simulazione del circuito per la simulazione accurata, che può ridurre notevolmente il numero di modifiche e i relativi costi.

Ci sono molti ottimi strumenti software di simulazione che consentono ai progettisti di circuiti di prevedere le prestazioni elettriche del circuito. Tutte le simulazioni di circuito simili si basano su modelli di circuito, strettamente correlati all'impedenza e alla perdita di inserzione del circuito. Molte prestazioni e attributi del circuito possono essere ottenuti attraverso la simulazione del circuito, ma le prestazioni reali del circuito e il risultato della simulazione del modello di simulazione spesso presentano alcune differenze. Alcune differenze sono piccole; altri sono molto importanti.

Prima di inserire i dati nel software di simulazione, il progettista deve comprendere il significato specifico e i dettagli dei dati compilati. A causa delle prestazioni uniche previste del circuito, tutti i modelli di simulazione sono diversi, quindi i dati in ingresso potrebbero non corrispondere esattamente al modello. L'imprecisione dei risultati della simulazione può essere causata dai dati inseriti dall'utente durante la definizione del modello. A volte, può essere colpa dell'utente, o le informazioni che l'utente ritiene accurate sono in realtà imprecise. Una delle inesattezze potenziali è il valore della costante dielettrica (Dk) del materiale PCB utilizzato nel circuito. È possibile che il valore Dk stesso sia accurato, ma gli utenti potrebbero fraintendere il modo in cui il valore Dk viene ottenuto e ciò che rappresenta e causare un uso improprio.

Il Dk di qualsiasi materiale dielettrico è correlato alla frequenza. In altre parole, quando si prova lo stesso materiale e si utilizza lo stesso metodo di prova, il valore Dk sarà leggermente diverso se testato a frequenze diverse. Di solito nella gamma di frequenza di pochi MHz a 5GHz ~ 10GHz, Dk varia leggermente con la frequenza. Per la maggior parte dei materiali di circuito a bassa perdita, la curva di frequenza Dk ha un leggero cambiamento negativo della pendenza da 10 GHz a 250 GHz. Tenendo conto di questa gamma di frequenze e secondo la polarizzazione del materiale del circuito, man mano che la frequenza aumenta, Dk scende solitamente sotto il 2%. Per una modellazione del circuito più accurata, i dati Dk dei materiali generati alla stessa frequenza del circuito dovrebbero essere utilizzati.

Un altro problema è l'anisotropia, che di solito è più facile da ignorare per il valore Dk utilizzato nella simulazione del circuito. La maggior parte dei materiali del circuito sono anisotropi, il che significa che Dk ha valori diversi sui tre assi del materiale. È molto comune che l'asse Z (direzione dello spessore) Dk del materiale del circuito sia diverso dal piano x-y Dk del materiale. I valori Dk degli assi X e Y sono solitamente simili, ma i valori Dk degli assi X, Y e Z sono solitamente molto diversi. Inoltre, ci sono molti metodi di prova Dk per i materiali di prova. Alcuni metodi di prova valutano solo le caratteristiche del materiale sull'asse Z e alcuni metodi valutano le caratteristiche del piano X-Y.

Se le informazioni Dk utilizzate dai progettisti nel loro modello sono nel piano X-Y (anziché nell'asse Z), potrebbero non essere adatte al modello specifico. È molto utile sapere quale metodo di prova viene utilizzato per determinare Dk e la frequenza di prova per ottenere il valore Dk.

Per la maggior parte dei materiali del circuito stampato ad alta frequenza, il valore Dk è solitamente intorno a 4 o inferiore e l'anisotropia di solito non è così significativa. Nella maggior parte dei casi, la differenza tra il valore Dk dell'asse Z e il piano X-Y non è superiore al 3%. Tuttavia, per i materiali di circuito rinforzati con tessuto di vetro non riempito, la differenza di Dk può essere molto più alta.

Per i materiali con un valore Dk maggiore (come i materiali con un valore Dk maggiore o uguale a 6), il valore Dk del piano X-Y è molto diverso dal valore Dk dell'asse Z. Per questi materiali, a causa dell'anisotropia, la differenza in Dk del materiale è solitamente compresa tra il 5% e il 15% (il valore effettivo dipende dal materiale specifico). Con alcune eccezioni, alcuni materiali ad alto Dk hanno pochissima anisotropia. In ogni caso, i progettisti dovrebbero considerare l'anisotropia quando utilizzano materiali con valori Dk più alti.

Infine, il progettista dovrebbe utilizzare il valore Dk ottenuto dal metodo di prova più simile alla struttura di progettazione del circuito e la frequenza è la stessa. A causa del numero limitato di metodi di prova e dell'ampia gamma di applicazioni del circuito, può essere difficile per i progettisti trovare una buona corrispondenza tra il metodo di prova e il suo modello. In ogni caso, il designer dovrebbe capire e cercare di utilizzare l'universale