Microwave Teknolojisi - PCB devre Dk ve faz konsistenci üzerinde materyaller ve işleme etkisinin analizi

PCB devre Dk ve faz konsistenci üzerinde materyaller ve işleme etkisinin analizi

Frekans artmaya devam ederken, basılı devre tahtasının (PCB) materyallerinin faz konsistencisini kontrol etmek daha zorlaşır. Tam olarak devre masallarının faz değişikliğini tahmin etmek basit veya rutin bir görev değil. Yüksek frekans ve yüksek hızlı PCB'nin sinyal fazı, üzerinden işletilen transmis hatının yapısına ve devre masalının dielektrik constant (Dk) bağlı. Ortamın Dk'in aşağısında (örneğin, hava Dk'in yaklaşık 1,0), elektromagnet dalgalarının propagatlarını daha hızlı gösteriyor. Dk arttığı zaman dalgaların yayılması yavaşlayacak ve bu fenomen de propagasyon sinyalinin faz tepkisine etkileyecek. Propagasyon ortamının Dk değiştiğinde dalga formu fazı değişecek çünkü düşük ya da yüksek Dk propagasyon ortamında sinyalin hızını daha hızlı ya da daha yavaş yapar.

Dk devre tahtası materyalleri genellikle anisotropik, üç boyutlu (3D) boyutlu, genişliğin ve kalınlığının farklı Dk değerleri ile (x, y ve z ekselerine uygun). Bazı özel devre tasarımı için, Dk'in farklılığı sadece düşünmeli değil, aynı zamanda devre işleme ve üretim etkisi üzerinde. PCB operasyon frekansiyonu arttırırken, özellikle mikrodalga ve milimetre dalga frekansiyonlarında, örneğin: beşinci nesil (5G) hücre kablosuz iletişim ağ altyapı ekipmeleri, elektronik yardımcı araçlarda gelişmiş sürücü yardım sistemleri (ADAS), sabitlenme ve tahmin edilebilir daha önemli olacak.

Peki devre tablosu maddelerinin DK'nin değişmesine neden oldu? Bazı durumlarda, PCB'deki Dk'in farkı materyal kendisi tarafından sebep olmuş (bakra yüzeysel ağırlığında değişiklikler gibi). Diğer durumlarda, PCB üretim süreci de Dk'de değişiklikler yaratacak. Ayrıca, şiddetli çalışma ortamı (daha yüksek çalışma sıcaklığı gibi) PCB'nin Dk'ini de değiştirecek. Materialler, üretim süreçlerin, çalışma çevresinin, hatta Dk testi metodlarının özelliklerini anlayarak, PCB Dk'deki değişiklikleri nasıl çalışacağını. Bu, PCB'nin faz değişikliğini daha iyi anlayabilir ve tahmin edebilir ve etkisini azaltır.

Anisotropy devre masallarının önemli özellikleridir ve Dk'in özellikleri üçboyutlu matematiklerde "tensor" ile çok benziyor. Üç kattaki farklı Dk değerleri üç boyutlu uzayda elektrik fluks ve elektrik alanın gücünün farklısına sebep olur. Dönüşte kullanılan transmis çizgisinin türüne göre, bağlantı yapısıyla devreğin fazını materyal anisotropi tarafından değiştirebilir ve devreğin performansı devre tablosu materyalinin fasının yönünde bağlıdır. Genellikle konuşurken devre masalının anisotropisi tahtasının kalıntısıyla ve operasyon frekansıyla değişecektir, ve düşük Dk değerindeki materyal daha az aniotropidir. Doldurulmuş güçlendirme maddeleri de bu değişikliklere sebep olabilir: cam fiber güçlendirmeden devre tahtası maddeleri ile karşılaştırılmış, cam fiber güçlendirme maddeleri genellikle daha büyük aniotropi vardır. Fazi anahtar göstericisi ve PCB'nin Dk devre tasarımının modellenmesinin bir parçası olduğunda, iki materyal arasındaki Dk değerinin tarifini ve karşılaştırması aynı aksi Dk için olmalı. Dk bilgisayarını değiştiren çeşitli faktörler (ölçüm metodları dahil) hakkında daha detaylı bilgi için, lütfen Rogers'ın webinar ına "Dk Materiyelerinin ve Fabrikasyonun PCB Dk Variasyonuna ve Fazi Konsistasyonuna nasıl etkileyebileceğini anlayın" diye referans edin.

Dk tasarımın derinlikli tartışması

Etkileyici bir devre Dk, elektromagnetik dalgaların özel bir tür transmis çizgisinde nasıl yayıldığına bağlı. Elektromagnetik dalgasının bir parçası PCB'nin dielektrik materyali üzerinden yayılır ve diğer parçası PCB'nin etrafındaki havadan yayılır. Hava Dk değeri (yaklaşık 1.00) her devre maddelerinden daha az. Bu yüzden etkileyici Dk değeri, aslında elektromagnet dalgalarından oluşan elektromagnet dalgalarından oluşan bir Dk değeridir. Elektrik dalgalarında yayılan elektromagnet dalgalarından oluşan elektromagnet dalgalarından oluşan ve elektromagnet dalgalarından oluşan substratın etrafında havaya yayılan bir Dk değeridir. "Dk tasarımı" Dk'den daha pratik bir Dk sağlamaya çalışıyor çünkü "Dk tasarımı" aynı zamanda farklı transmis hattı teknolojilerin, üretim metodlarının, kabloların, hatta Dk'i ölçülemek için test metodlarının tüm etkilerini düşünüyor. Dk tasarımı Dk, maddelerin devre formunda test edildiğinde çıkarılmış Dk'dir. Bu da devre tasarımı ve simülasyonu için en uygun Dk değeridir. Dk tasarımı devreğin etkileyici Dk değil, ama etkileyici Dk'i ölçerek kararlanan materyal Dk'dir. Tasarım Dk devreğin gerçek performansını etkileyebilir.

PCB dielektrik materyalinin farklı kalıntılarda yönetici bakra yağmurunun yüzeyi ağırlığı Dk tasarımına ve devenin faz tepkisine farklı etkiler vardır. Daha kalın substratları olan materyaller bakra yağmur yöneticilerinin yüzeysel ağırlığı tarafından daha az etkilenir. Daha sert yüzeyler sahip bakra yağmur yöneticileri için bile, bu zamanda dizayn Dk değeri substrat materyalinin dielektrik Dk'e yakın. Örneğin, Rogers'ın 6.6 mil RO4350B â‚¢ devre masalının ortalama dizayn Dk değeri 8'den 40 GHz'e sahip. Aynı materyal için 30 mil kalınlığıyla, tasarım Dk aynı frekans menzilinde ortalamada 3,68'e düşüyor. Material substratının kalınlığı tekrar (60 mil) arttığı zaman, dizayn Dk 3.66 oluyor. Bu da basitçe bu cam fiber ortamının içerikli Dk'dir.

Yukarıdaki örneklerden görülebilir ki daha kalın dielektrik altrası bakar yağmurunun ağırlığı tarafından daha az etkilendiğini ve tasarım Dk değeri relatively düşük. Ancak, eğer daha kalın devre tahtaları devrelerini üretmek ve işlemek için kullanılırsa, özellikle milimetre dalga frekanslarında sinyal dalga uzunluğunun küçük olduğu yerde sinyal genişliğinin ve fazının sürekliliğini korumak daha zor olacak. Daha yüksek frekanslar ile daireler sık sık daha ince devre tahtaları için daha uygun, ve materyalin dielektrik bir parçası bu zamanda Dk tasarımına ve devre performansına daha az etkilendir. Daha fazla PCB substratları sinyal kaybı ve faz performansı açısında yöneticiler tarafından daha etkilenecek. Millimeter dalga frekanslarında devre materyallerinin dizaynı Dk ile ilgili, daha kalın substratlardan daha hassas davranıcı özelliklerine (bakar yağ yüzeyi ağırlığı gibi) duyarlıdır.

İletişim hattı devresini nasıl seçmeli?

RF/mikro dalga ve milimetre dalga frekanslarında devre tasarımı mühendislerinin, genellikle bu geleneksel transmis satırı teknolojilerini kullanarak kullanırlar: mikro strip hattı, strip hattı ve temel koplanar dalga rehberini (GCPW). Her teknolojinin farklı tasarlama metodları, tasarlama çözümleri ve ilişkili avantajları vardır. Örneğin, GCPW devre bağlantı davranışlarındaki fark devre tasarımına Dk etkileyecek. GPW devreleri sıkı olarak bağlanmış ve yakın uzaklaştırılmış transmis çizgileri için, koplanar bağlantı bölgeleri arasındaki hava kullanarak daha etkili elektromagnet propagasyonuna ulaşabilir ve kayıpları azaltır. En aşağıya. Daha kalın bakra yöneticilerini kullanarak, birleşme yöneticilerinin yanı duvarları daha yüksektir ve birleşme alanında daha fazla hava yollarının kullanımı devre kaybılarını azaltır, fakat bakra yöneticisinin kalıntısını azaltarak yapılan uyumlu değişiklikleri anlamak daha önemlidir.

Birçok faktör verilen devre ve tahta materyalinin Dk tasarımına etkileyebilir. Örneğin, devre masalının sıcaklık koefitörlü Dk (TCDk) Dk ve performans tasarımı üzerinde çalışma sıcaklığının etkisini ölçülemek için kullanılır. Düşük bir TCDk değeri devre masasının sıcaklık bağımlılığını daha az gösteriyor. Aynı şekilde, yüksek relativ humilik (RH) de devre tahtası maddelerin Dk tasarımı arttıracak, özellikle yüksek mitrik absorbsyonu olan materyaller için. Dört tahtasının özellikleri, devre üretim süreci ve çalışma çevresindeki kesin faktörler devre tahtasının Dk tasarımına etkileyecek. Sadece bu özellikleri anlamak ve tasarım sürecinde bu faktörleri tamamen düşünerek onların etkisi azaltılabilir.