PCB 기술 - 보드 전송 회선 손실

PCB 전송 케이블에는 최소 두 개의 컨덕터가 포함되어 있으며 하나는 신호용 컨덕터이고 다른 하나는 반환 경로용 컨덕터입니다.복잡한 회로 기판 네트워크는 보다 단순한 전송선 구조의 조합입니다.PCB 설계의 관점에서 볼 때, 이러한 구조 (마이크로밴드, 밴드 선 및 공통면) 를 이해하는 것은 설계자와 제조업체 모두에게 유익합니다.

송전선로의 손실은 얼마입니까?

송전선로 구조는 서로 다른 손실 메커니즘을 가지고 있다.PCB 전송선의 총 손실을 삽입 손실(Isla±t)이라고 합니다.이는 전도체 손실(Isla ± c), 유전체 손실(Islad ± d), 방사선 손실(Islar ± r) 및 누출 손실(Islal ± l)의 합계입니다.

섬t=섬c+섬d+섬r+섬l

PCB는 매우 높은 체적 저항을 가지고 있기 때문에 누출의 영향은 무시할 수 있습니다.복사 손실은 무선 주파수 복사로 인해 회로에서 손실되는 에너지이다.이러한 손실은 주파수, Dk 및 두께에 따라 달라집니다.특정 전송선의 경우 더 높은 주파수에서 손실이 훨씬 높습니다.동일한 회로의 경우 더 얇은 기판과 더 높은 Dk 값을 사용하면 방사선 손실이 더 적어집니다.

이 문서에서는 신호 흔적선 저항으로 인한 도체 손실 (Isla ± c) 및 PCB 전매질로 인한 매개 전기 손실 (Island ± d) 과 관련된 전송선 손실만 논의합니다. 후자는 손실각 정절/소모 인자와 함께 측정됩니다.

섬 t=섬 c+섬 d

특성 임피던스 및 손실 메커니즘

이전 PCB 전송 라인 시리즈에서는 전송 라인의 특성 임피던스를 제공합니다 (주파수와 관계없이 신호에 표시되는 임피던스).

R= 단위 길이당 컨덕터 저항(pul)

L=선로도체회로의 전감pul

G= 신호 경로와 반환 경로 사이의 전도 (전체 매체 때문에) pul

C = 신호 경로와 반환 경로 사이의 커패시터 pul(전체 매체의 Dk에 따라 증가)

균일한 전송선의 경우 R, L, G 및 C는 각 점에서 동일하므로 Zc는 전송선의 각 점에서 동일한 값을 가집니다.

선로를 따라 전파되는 주파수가 f(Í=2;f)인 정현 신호의 경우 서로 다른 점과 시간의 전압 및 전류 표현식은 다음 형식으로 제공됩니다.

이 중 Isla ± 및 Isla² 는 PCB 전송선 손실의 실제 및 가상 부분으로 다음 공식에 의해 제공됩니다.

우리가 관심 있는 주파수에서 R

및: PCB 케이블의 손실:

이는 파장이 각 단위 길이의 전파로 PCB 전송선의 손실을 지연시키고 선로를 따라 전파될 때 감쇠한다는 것을 의미한다.

길이가 l인 전송선의 신호 감쇠 계수는 다음과 같습니다.

감쇠 또는 신호 손실 계수는 일반적으로 dB로 표시됩니다.

따라서 dB 손실은 회선 길이와 정비례한다.따라서 위의 내용을 단위 길이의 dB 손실로 표시할 수 있습니다.

우리는 일반적으로 빼기 기호를 생략하고 dB 손실이라는 것을 기억하며 항상 dB 단위의 신호 강도에서 빼냅니다.

이 값은 전송선의 단위 길이당 총 삽입 손실이라고도 합니다.

현재 손실된 R/Z0 분량은 R (단위 길이의 저항) 에 비례하며, R은 전송선을 형성하는 도체의 저항으로 인해 발생하는 도체 손실이라고 불린다.'alfa'C로 표시됩니다.GZ0 부분의 손실은 개전 재료의 전도 G와 비례하여 개전 손실이라고 하며,"alfa"d로 표시한다.

여기서 R은 인치당 도체의 저항이다.

이제 PCB 전송선에는 두 개의 도체인 신호 흔적선과 귀환 경로가 있습니다.

일반적으로 반환 경로는 평평한 표면이지만 반환 전류는 평평한 표면에 고르게 분포하지 않습니다. 대부분의 전류는 신호 흔적의 세 배인 신호 흔적 아래에 신호 흔적의 세 배에 집중된다는 것을 증명할 수 있습니다.

PCB 전송선의 신호 흔적선 저항

신호 흔적선의 전체 횡단 면적은 신호 전류에 평등하게 참여하는가?답은 이런 상황이 항상 신호의 주파수에 달려 있는 것은 아니다.

약 1MHz의 극저주파에서 우리는 전체 도체가 신호 전류에 관여한다고 가정할 수 있기 때문에 Rsig는 신호 흔적선의"α"C 저항과 같습니다. 즉,

Í= 구리 저항률(단위: 옴인치) PCB 전송선 손실

W= 흔적선 너비, 단위: 인치 (예: 5m 귀 또는 0.005"흔적선 50 옴)

T= 흔적선 두께, 단위: 인치 (일반적으로 ½온스~10온스, 즉 0.0007인치~0.0014인치)

예를 들어, 5밀의 귀 너비의 흔적선:

우리의 목적으로, 우리는 주파수 f의 교류 저항에 관심이 있습니다. 여기에서 피부 효과가 화면에 들어옵니다.피지컬 효과에 근거하여, 주파수가 f인 전류는 일정한 깊이만 퍼지는데, 이를 도체의 피지컬 깊이라고 한다

우리는 위에서 볼 수 있듯이, 4MHz에서는 피부 깊이가 1oz의 구리 두께와 같고, 15MHz에서는 ½oz의 구리 두께와 같다.15MHz 이상에서는 신호 전류의 깊이가 0.7밀이보다 작고 주파수가 증가함에 따라 계속 줄어든다.

우리가 여기서 주목하는 것은 고주파 행위이기 때문에, 우리는 T가 관심 주파수에서의 피부 깊이보다 크다고 안심하고 가정할 수 있기 때문에, 우리는 신호 저항 공식에서 T가 아닌 피부 깊이를 사용할 것이다.이제 다음과 같은 이점이 있습니다.

우리는 Isla가 아닌 2 Isla´를 사용합니다. 기술적으로 전류는 도체의 모든 외곽을 사용하고 2W는 2 (W + T) 로 대체할 수 있기 때문입니다.

반환 신호는 신호 흔적선에 가장 가까운 표면을 따라서만 두께 Isla´로 전파되며 저항은 다음과 비슷할 수 있습니다.

도체 - 전매체 인터페이스의 구리 표면 거칠음으로 도체 손실 증가

회로 기판에서"동 도체 - 전매질 인터페이스"는 결코 매끄러운 것이 아니라는 것을 아는 것이 중요합니다 (매끄러운 경우 구리 도체는 전매질 표면에서 쉽게 분리됩니다).회로 기판의 도체 박리 강도를 높이기 위해 이 구조로 거칠어집니다.