Augstfrekvences iespiedshēmas plates dielektriskā konstante (Dk) un zudumu koeficients (Df) ir galvenie parametri, kas nosaka augstfrekvences signāla pārraides kvalitāti. Daudzu ražotāju nominālajiem parametriem ir problēmas, piemēram, necaurredzami testēšanas apstākļi un viltus marķējums, kas var viegli novest pie nepilnībām faktiskajā projektēšanā un ražošanā. Tālāk mēs apkoposim galvenos praktisko zināšanu punktus par šiem diviem parametriem, lai palīdzētu jums izvairīties no parametru slazdiem.
Pamatdefinīcija un nozares kopējā terminoloģija
Dielektriskā konstante (Dk/ε r): raksturo pcb substrāta spēju uzglabāt lādiņus elektriskā laukā. Inženierzinātnēs tas attiecas uz relatīvo dielektrisko konstanti (vakuuma vērtību 1), kas ir bezdimensijas raksturīga īpašība.
Zudumu koeficients (Df/tan δ): attiecas uz elektroenerģijas proporciju, ko substrāts pārvērš siltumenerģijā laika vienībā augstfrekvences mainīgos elektriskos laukos, ko sauc arī par dielektrisko zudumu tangensu.
Visvieglāk nepamanāmais parametru slazds
Pārbaudes frekvences neatbilstība: parastā fr4 Dk parasti mēra ar zemu frekvenci 1MHz, savukārt augstfrekvences iespiedshēmu plates prasa vismaz 10 GHz (X-joslu) izmērīto datu, un zemas frekvences parametri vispār nevar atspoguļot augstas frekvences ainas veiktspēju.
Nominālās pielaides virtuālais marķējums: parastā fr4 partijas Dk starpība var sasniegt ± 0,2, savukārt kvalificētu augstas frekvences materiālu Dk pielaide jākontrolē ± 0,02 robežās. Virtuālā marķējuma pielaide tieši izraisīs faktiskās pretestības novirzi 5–10 Ω, kas pārsniedz RF ķēdēm noteikto pielaides prasību ± 2%.
Vides stabilitātes slēpšana: daudziem augstfrekvences materiāliem par zemu{0}}cenu nav norādīts dielektriskās konstantes temperatūras koeficients τ Dk. Āra apstākļos no -40 grādiem līdz +85 grādiem Dk būtiski mainās līdz ar temperatūras novirzi, tieši izraisot pretestības novirzi un signāla neatbilstību.
Mitruma ietekme nav izskaidrota: ja pamatnes ūdens absorbcijas ātrums ir pārāk augsts, pēc ūdens absorbcijas ievērojami palielināsies Dk, Df sinhroni pasliktināsies, un signāla zudumi mitrā vidē ievērojami pārsniegs nominālvērtību.
Divu parametru galvenā ietekme uz ķēdes veiktspēju
Dielektriskā konstante (Dk):
Tiešā veidā nosakot signāla pārraides ātrumu, jo mazāks Dk, jo mazāka ir signāla izplatīšanās aizkave un lielāks pārraides ātrums.
Tas ir galvenais ieejas parametrs pretestības simulācijai, un Dk novirze var tieši izraisīt standarta pretestības konstrukciju, piemēram, 50 Ω/100 Ω, atteici, izraisot signāla atstarošanu.
Zaudējumu koeficients (Df):
Tieši nosakot augstfrekvences signālu ievietošanas zudumu, frekvenču joslā virs 10 GHz, parastā fr4 zudums uz collu var sasniegt 1-2 dB, un augstas kvalitātes augstas frekvences materiālus var kontrolēt 0,2 dB robežās.
Pārmērīgs Df var izraisīt izšķērdētu jaudu raidīšanas galā un nespēju demodulēt vājus signālus uztveršanas galā, tieši samazinot sakaru attālumu un radara noteikšanas jutīgumu.
Tipisks parametru atsauce augstfrekvences lokšņu metālam
| materiālā sistēma | Tipiskā Dk vērtība (10 GHz) | Tipiskā Df vērtība (10 GHz) | Galvenie piemērojamie scenāriji |
|---|---|---|---|
| Parastais FR-4 | 4.2~4.6 | ~0.02 | Zema ātruma digitālās shēmas zem 1 GHz |
| Oglekļa ūdeņraža sveķu sērija | 3.2~3.7 | 0.003~0.008 | 5G bāzes stacija, ātrdarbīgs-optiskais modulis |
| RO4000 sērija | 3.48~3.66 | 0.002~0.0037 | RF pastiprinātājs, auto radars |
| PTFE modificēta sērija | 2.2~2.6 | 0.001~0.003 | Milimetru vilnis, satelītsakari, militārais radars |
Autoritatīvās testēšanas metodes, ko parasti izmanto nozarē
Augstfrekvences iespiedshēmas plates Dk un Df nevar pārbaudīt, izmantojot parastās fr4 Q-tabulas metodi. Nozarē plaši izmantotā lentes līnijas rezonanses metode ir mērīt sloksnes līnijas rezonatora rezonanses frekvenci, izmantojot vektoru tīkla analizatoru, lai invertētu Dk, un izmērīt kvalitātes faktora Q vērtību, lai invertētu Df. Rezultāti ir tuvāk PCB faktiskajam darba stāvoklim.