印制线路板的交流特性在线视频

那么现在

我就讲一下关于

随着频率的升高

我们刚才讲了印制电路板

随着频率的升高

对印制电路板的要求

是越来越高

那么为什么说会越来越高

因为现在我们知道

一些集成电路的

时钟频率已经到了十级左右

一到十个级左右

频率就很高了

频率很高了上次我也讲过

当的布线长度是波长

七倍以上的时候

必须考虑特性阻抗的问题

这个道理在什么地方

主要是我们处理的信号

好多是脉冲信号

你看这是脉冲信号

脉冲信号实际上有通有断 有通有断

这么一个

这么个信号

这种信号往往就可以用

正弦波给它什么

给它模拟 正弦波模拟

你们看对于脉冲信号中

正弦波这是一个主频

除了主频以外

还有是高次谐波

高次谐波

就是相对于主谐波而言

那频率可以十倍二十倍

都可以

所以本身脉冲频率

就很高了

再拿正弦波给它叠加

那么频率就会很高

频率很高对直流信号

都无所谓

对频率比较低的也无所谓

当频率一高了问题就来了

问题来了是什么

就是说会出现所谓一个特性阻抗

我们在引线的过程当中

两条线

我们考虑这两条线的长度

比方是ΔX小范围之内

本来是它两条线

但是频率一高它就不是

简单的两条线的问题了

可以用什么来模拟

就是这一段可以用一个R

电阻来模拟

一个电感来模拟

同时跟接地线

还有一个电容还有一个电导

所以原来的两条线

两条布线

两条简单的布线

当考虑ΔX小范围之内

当频率很高的时候

那么我们必须得用特性阻抗

来模拟它

特性阻抗就是说

一个电阻一个电感

一个电容一个电导

那么这四个分布参数

它就会有一个特性阻抗

可以表示为Z0等于

根号下面

R加（jωL）比上

j加上GωC

这是它的特性阻抗

那么有特性阻抗

当信号通过

特性阻抗的时候

必须得匹配

匹配的意思是什么

起码不往回反射

不会造成很大的失真

特性阻抗

会对信号造成很多问题

一个是什么

失真 一个是延迟

另外一个反射往回反射

所以必须得考虑

当频率提高的时候

必须考虑特性阻抗的问题

那么在考虑特性阻抗的时候

在布线的时候

注意在布线的时候

要采取微带线的方式

要采取带状线的方式

注意我们在布线的时候

一定要想办法

使这两条线越远越好

然后这两条线尽量不要它平行

要它交叉

交叉不见得是90度了

30度 60度 90度当然比较好

尽量少给它有平行线

另外跟接地线越靠近越好

那这是布线的原则

但是这就有问题了

要说两条平行线越远越好

这跟轻 小型化

是相矛盾的

如果跟电源线离的太近

特性阻抗就很难

所以这都是矛盾的

我讲这一段的目的是什么

本来是在低频的时候

在通常频率的时候

这些问题都不存在的

但是随着频率的升高

就出现了特性阻抗的问题

这是讲从布线方式

那么从材料本身

还得采取一些措施

这是问题的一个方面

另外一个方面

所谓集肤效应

集肤效应

也是频率升高以后

所特有的一个现象

随着频率的升高

由于它信号的电磁

相互作用的结果

那么电流

它就越往表面上

电流密度越高

越往底下电流密度越低

甚至到芯部

就没有电流

我们一般直流电

它往往是等

在全截面上

是等电流密度的传输

但是随着频率的升高

它是越来越往表面上集中

把这种效应叫做集肤效应

在低频的时候

没有多大的问题

那么集肤效应

一般用集肤深度来定义

怎么定义

就是当电流密度

降低到表面的e分之一的时候

e当然是2.7

2.7分之一

就是36.7%的时候

我们把它叫做集肤深度

集肤效应 集肤深度

就是当电流密度

降低到表面电流密度的

e分之一的那个深度

叫做集肤深度

我们看看在频率不一样的时候

集肤深度

变化是很大的

到1K赫兹的时候

它是2140微米

200几个毫米

当到一个G

才两个微米了

当五个G到0.9了

到10个G是0.7了

所以随着频率的升高

特别是到看现在

一个G到五个G

这已经不再话下了

那么它会产生比较严重的

集肤效应

对我们印制电路板

提出了很严格的要求

我们刚才讲了

为了增加铜箔

跟有机层的粘接强度

我们一般对铜箔的表面

要进行粗化

进行粗化处理

增加它的附着力

但是这一粗化处理本身

集肤效应

如果起作用

因为电流它在表面上走

如果变的很粗了

那么这里电阻就非常大了

而且这种现象非常严重

不是一般的严重

那么说把它表面变得很光滑

一变得光滑

它附着力就低了

因此这两件事是互相矛盾的

那么必须得想办法解决问题

那么另外

我们就看看在两条布线的

引线过程当中

在印制电路板里边

我们常会考虑到介电常数

和介电损耗的问题

介电常数和介电损耗的问题

这是印制电路板当中

必须要考虑的问题

不光印制电路板

芯片里边也要考虑这些问题

那么这里边我们看看

有几个参数

第一个是

当两条布线

两条布线平行排列的时候

可以看成一个电容

那么看电容

是什么意思

就是当这两条线

如果有电压的时候

它就会有电荷

那么这电容等于Q/V

如果是考虑成平行板

电容器来讲

是εr/ε0

乘上一个A比上d

A是什么 它的面积

d是什么 它的距离

平行板电容器的电容量

大家伙都很清楚了

那么把εr叫做什么

介电常数

相对介电常数

但是一般不常讲

就叫介电常数

ξ0它是一个真空当中的介电常数

那么就有了电容了

所以电容它是肯定存在着的

两条平行线频率一高了

它就会存在着电容

那么第二件事

就是介电损耗

损耗角正切

δ叫做损耗角

注意 损耗角正切

那么把它叫做介电损耗

一般把它叫做介电损耗

实际上的介电损耗

是αD 但是一般把它叫做

介电损耗

介电损耗是什么意思

就是说一个电容

一个电容它的交流信号有阻抗

一个电阻对交流信号有电阻

但是对交流信号来讲

电容上的阻抗

跟电阻阻抗来讲

它的相位要超前

90度

大家伙都知道

对于交流信号它要超前

那么如果一个电容

当它有漏电的时候

它也有一个电阻

那么电容跟电阻的电流

跟电容的电流的之比

定义为什么

定义为损耗角的正切

那么它电阻跟电容

有一个延迟

把延迟叫做延迟角

当延迟角太大了

它就会产生损耗

介电损耗

它以发热的形式

把信号给损耗掉

它发热的形式损耗掉

因此损耗角正切是怎么

等于IR比上IC

那么把它一换算等于什么

ωCR分之一

定义损耗介电损耗是4.34

tanδ乘上Ω乘上td

这是延迟时间

这是频率这是损耗角

实际上对一个具体的电路来讲

介电损耗跟损耗角正切

它是成正比的

那么下一个参数

就是关于信号的速度

信号的速度跟什么

介电常数的平方根成反比

那意思说 介电常数

信号速度跟介电常数有关系

也就是说介电性能

影响信号的传输速度

那么从这几个参数上

我们可以讲

首先是两条平行布线

会产生分布电容

有了分布电容以后

会产生损耗角和损耗角正切

它会产生介电损耗

会对信号有延迟

这个是一个电容的

一个等效电路

电容的一个等效电路

在电容等效电路里边

分IC和IR

IR比IC就是损耗角正切

损耗角正切

损耗它会以射的形式

来损耗掉

所以对我们印制电路板来讲

我们希望什么

我们希望减小εr

用小介电常数的

分布的电容小了

用小介电常数

它越小它越大

小介电常数的速度高了

也就是对信号的延迟

也要 效果好了

因此我们选择

环氧树脂材料的时候

这些因素都要考虑

那好 还有一个交叉噪声的问题

交叉噪音

交叉噪音也是这个问题

是什么问题

当两条平行线布线的时候

布线的时候这个信号

会影响下边的信号

下边的信号会影响上边的信号

好像是什么

它说话它听见

想办法要减少交叉噪声

交叉噪声它不是平白无故的

从这条线走过来

它要通过介质层

在一定的频率之下

它就把信号传递过来

所以从印制电路板

设计过程当中

它的分布参数

它的介电损耗

它的信号延迟

它的交叉噪声

都会什么

都会对印制板材料的

树脂材料的介电常数

都有要求

同时注意 我们看到

同时由于考虑到集肤效应

对铜箔与印制板

介质材料的

或者是有机材料的界面

也有很高的要求

这都是频率越来越高

所提出来的一些特殊要求