PCB新聞 - PCB介電常數的詳細說明

1、我們常用的 PCB板介質為FR4.資料, 空氣的相對介電常數為4.2-4.7 該介電常數將隨溫度變化, 在0-70度的溫度範圍內，最大變化範圍可達20%. 介電常數的變化將導致線路延遲發生10%的變化. 溫度越高, 延遲越大. 介電常數也隨訊號頻率而變化, 頻率越高, 介電常數越小. 100M以下, 4.5可用於計算板間電容和延遲.

2、普通FR4資料PCB板中內層訊號的傳送速率為180ps/inch（1inch=1000mil=2.54cm）。 表層通常取決於情况，通常在140到170之間。

3、實際電容器可以簡單地等效於L、R和C串聯。 電容器有一個諧振點，該諧振點將在高頻下感應（超過該諧振點）。 如果電容器的電容值和過程不同，則諧振點不同。 不同製造商生產的產品會有很大的不同。 該諧振點主要取決於等效串聯電感。 例如，現在100nF晶片電容器的等效串聯電感約為0.5nH，ESR（等效串聯電阻）值為0.1歐姆。 然後在大約24M處濾波效果最好，交流阻抗為0.1歐姆。 1nF片式電容器的等效電感也為0.5nH（不同電容值之間的差异不太大），ESR為0.01歐姆，在200M左右具有最佳濾波效果。 為了獲得更好的濾波效果，我們使用具有不同電容值的電容器組合。 然而，由於等效串聯電感和電容，在24M和200M之間會有一個諧振點，在該點處存在一個最大阻抗，該阻抗大於單個電容器的阻抗。 這是一個不理想的結果。 （在24M到200M的區間內，小電容器是電容性的，大電容器已經是電感性的。並聯的兩個電容器相當於並聯的LC。兩個電容器的ESR值之和是LC回路的串聯電阻。如果LC並聯，如果串聯電阻為0，則諧振點處將存在無限阻抗，這具有 過濾效果最差。 該串聯電阻將抑制這種並聯諧振現象，從而降低LC諧振器在諧振點的阻抗）。 為了减少這種影響，可以酌情使用ESR較大的電容器。 ESR等效於諧振網絡中的串聯電阻，可以降低Q值，從而使頻率特性更平坦。 新增ESR將使整體阻抗收斂。 在24M以下和200M以上的頻段，阻抗會新增，而在24M和200M的頻段，阻抗會降低。 囙此，必須綜合考慮電路板開關雜訊的頻帶。 當大電容器和小電容器並聯時，一些國外電路板設計為小電容器（680pF）與幾個歐姆電阻器串聯。 這可能是出於這種考慮。 （從上述參數來看，1nF電容器的Q值是100nF電容器Q值的10倍。由於現時沒有製造商提供的具體等效串電感和ESR值，上述示例中的參數基於過去看到的數據。是的。但偏差不應太大。過去，在許多地方看到的資料都是諧振管 1nF和100nF陶瓷電容器的頻率分別為100M和10M。 考慮到片式電容器的L小得多，但未發現可靠值為0.5nH，以方便計算。 如果你有一個具體和可靠的價值，我希望張貼它。

介電常數（Dk，Er）决定電信號在介質中傳播的速度。 電信號的傳播速度與介電常數的平方根成反比。 介電常數越低，訊號傳送速率越快。 讓我們做一個生動的比喻，就像你在海灘上跑步一樣。 水深淹沒了你的脚踝。 水的粘度是介電常數。 水的粘性越大，介電常數越高，你跑得越慢。

介電常數不太容易量測或定義。 它不僅與介質的特性有關，還與試驗方法、試驗頻率以及試驗前和試驗期間資料的狀態有關。 介電常數也隨溫度變化。 一些特殊資料在開發過程中考慮了溫度因素。 濕度也是影響介電常數的一個重要因素，因為水的介電常數為70，並且水分很少。， 將導致重大變化。

以下是一些典型資料（1Mhz以下）的介電常數：

可以看出，對於高速和高頻應用，最理想的資料是包裹在銅箔中的空氣介質， 厚度公差為+/-0.00001 “。作為一種資料開發，每個人都在朝著這個方向努力，例如Arlon開發的專利泡沫覆層非常適合基站天線的應用。但並非所有設計的介電常數都越小越好。它通常基於一些實際設計。一些需要小體積的電路通常需要高介電常數。Arlon等資料 AR1000用於小型化電路設計。 一些設計，如功率放大器，通常具有2.55的介電常數（如Arlon Diclad527、AD255等），或3.5的介電常數（如AD350、25N/FR等）。 還使用了一些設計。 4.5介電常數（如AD450）主要由FR-4設計改為高頻應用，希望繼續使用以前的設計。

除了直接影響訊號的傳送速率外，介電常數在很大程度上還决定了特性阻抗。 在不同的部分中，特性阻抗匹配在微波通信中尤為重要。 如果出現阻抗失配現象，阻抗失配也稱為VSWR（駐波比）。

MAX22242：印刷電路板資料應選擇FR4或G-10。 對於工作頻率低於3 GHz的大多數低成本無線應用來說，這種資料是一個很好的選擇。 MAX22242評估板使用4層FR4，介電常數為4.5，絕緣層厚度為6密耳，1oz銅。

當設計像MAX22242這樣的低阻抗電路時，在2.45GHz下的輸出阻抗僅約為（8+j5），0.5nH電感器可以產生8的感應電抗，相當於4.5的介電常數和6mil的厚度，即FR4印刷電路板上60mil x 10mil微帶線產生的阻抗。

諧振頻率計算：f=1/（2*3.14159*SQRT（L*C））

以上介紹了PCB介電常數的詳細解釋.