PCB科技 - 電路板傳輸線中會發生什麼損失

這個 PCB傳輸線 包含至少兩條導線，一條用於訊號，另一條用於返回路徑. 綜合體 電路板 net是這種更簡單的傳輸線結構的組合. 從PCB設計的角度, understanding these structures (microstrip, 帶狀線, and coplanar) is beneficial to designers and manufacturers.

輸電線路的損耗是多少？

傳輸線結構具有不同的損耗機制。 PCB傳輸線的總損耗稱為插入損耗（αt）。 它是導體損耗（αc）、介電損耗（αd）、輻射損耗（αr）和洩漏損耗（αl）的總和。

αt=αc+αd+αr+αl

由於PCB具有非常高的體積電阻，囙此洩漏的影響可以忽略不計。 輻射損失是由於射頻輻射而從電路中損失的能量。 該損耗取決於頻率、介電常數（Dk）和厚度。 對於特定的傳輸線，損耗在更高的頻率下會更高。 對於同一電路，當使用更薄的襯底和更高的Dk值時，輻射損耗將更小。

在本文中, we will only discuss the transmission line 喪失 related to the conductor loss (αc) caused by the signal trace resistance and the dielectric loss (αd) caused by the PCB電介質, 後者具有損耗正切/要量測的耗散因數.

αt=αc+αd

特性阻抗和損耗機制

在我們之前的PCB傳輸線系列中，我們給出了傳輸線的特性阻抗（它是訊號看到的阻抗，與頻率無關）：

R=組織長度的線路導體電阻（pul）

L=線路導體回路pul的電感

G=訊號路徑和返回路徑（由於電介質）脈衝之間的電導

C=訊號路徑和返回路徑之間的電容pul（隨著電介質的Dk新增）

對於均勻傳輸線，R、L、G和C在每個點都相同，囙此Zc在傳輸線上的每個點都具有相同的值。

對於沿線路傳播的頻率為f（Ï =2ÏÌÌf）的正弦訊號，不同點和時間的電壓和電流運算式如下所示：

其中α和β是PCB傳輸線損耗的實部和虛部，由以下公式得出：

在我們感興趣的頻率下，R

以及：PCB傳輸線的損耗：

這意味著波以每組織長度的傳播延遲傳播PCB傳輸線的損耗，並隨著其沿線路傳播而衰减。

長度為l的傳輸線的訊號衰减係數為：

衰减或訊號損耗因數通常以dB表示。

囙此，dB損耗與線路長度成正比。 囙此，我們可以將上述表示為組織長度的dB損耗：

我們通常省略負號，並記住它是一個dB損耗，總是從以dB為組織的信號強度中减去。

以上也稱為傳輸線每組織長度的總插入損耗，寫為：

現在，損耗的R/Z0分量與R（組織長度的電阻）成正比，這稱為導體損耗，由構成傳輸線的導體的電阻引起。 它由'alfa'C.表示。GZ0部分的損耗與G-介電材料的電導成正比，稱為用“alfa”d表示的介電損耗。

其中R是每英寸導線的電阻。

現在，PCB傳輸線中有兩個導體——訊號軌跡和返回路徑。

通常，返回路徑是一個平坦的表面，然而，返回電流並不是均勻分佈在平坦的表面上。我們可以證明，大多數電流集中在一個條帶上，該條帶的寬度是訊號軌跡的3倍，就在訊號軌跡的正下方。

PCB傳輸線中的訊號跟踪電阻

訊號軌跡的整個橫截面積是否平等地參與訊號電流？ 答案是：情况並非總是如此，它取決於訊號的頻率。

在高達約1MHz的極低頻下，我們可以假設整個導體參與訊號電流，囙此Rsig與訊號軌跡的“α”C電阻相同，即：

Ï戡=PCB傳輸線損耗的銅電阻率（組織：歐姆英寸）

W=軌跡寬度（英寸）（例如：5密耳或0.005“軌跡50歐姆）

T=痕迹厚度（英寸）（通常為½oz至10oz，即0.0007“至0.0014”）

例如，對於5密耳寬的軌跡：

出於我們的目的，我們對頻率f下的交流電阻感興趣。在這裡，趨膚效應進入了圖片。 根據集膚效應，頻率為f的電流僅傳播到某個深度，該深度稱為導體的集膚深度

從上面可以看出，在4MHz時，趨膚深度等於1oz銅厚度，在15MHz時，等於½oz銅厚度。 在15MHz以上，訊號電流深度僅小於0.7密耳，並且隨著頻率的新增而不斷减小。

由於我們在這裡關注高頻行為，我們可以安全地假設T大於感興趣頻率下的表皮深度，囙此我們將在訊號電阻公式中使用表皮深度而不是T。 囙此，我們現在有：

我們使用2δ代替δ，因為從科技上講，電流使用導體的所有週邊，2W可以用2（W+T）代替。

返回訊號沿最靠近訊號軌跡的表面僅以厚度δ傳播，其電阻可近似為：

導體-電介質介面處的銅表面粗糙度導致導體損耗新增

重要的是要知道 電路板, the "copper conductor-dielectric interface" is never smooth (if it is smooth, the copper conductor is easily peeled from the dielectric surface); it is roughened into a tooth-like structure to increase the circuit The peel strength of the conductor on the board.