PCB介電常數知識

2021-06-05 22:16:06 字數 2458 閱讀 2542

1、我們常用的pcb介質是fr4材料的,相對空氣的介電常數是4.2-4.7。這個介電常數是會隨溫度變化的,在0-70度的溫度範圍內,其最大變化範圍可以達到20%。介電常數的變化會導致線路延時10%的變化,溫度越高,延時越大。介電常數還會隨訊號頻率變化,頻率越高介電常數越小。100m以下可以用4.5計算板間電容以及延時。

2、一般的fr4材料的pcb板中內層訊號的傳輸速度為180ps/inch(1inch=1000mil=2.54cm)。表層一般要視情況而定,一般介於140與170之間。

3、實際的電容可以簡單等效為l、r、c串聯,電容有乙個諧振點,在高頻時(超過這個諧振點)會呈現感性,電容的容值和工藝不同則這個諧振點不同,而且不同廠家生產的也會有很大差異。這個諧振點主要取決於等效串聯電感。現在的比如乙個100nf的貼片電容等效串聯電感大概在0.5nh左右,esr(等效串聯電阻)值為0.1歐,那麼在24m左右時濾波效果最好,對交流阻抗為0.1歐。而乙個1nf的貼片電容等效電感也為0.5nh(不同容值差異不太大),esr為0.01歐,會在200m左右有最好的濾波效果。為達好較好的濾波效果,我們使用不同容值的電容搭配組合。但是,由於等效串聯電感與電容的作用,會在24m與200m之間有乙個諧振點,在這個諧振點上有最大阻抗,比單個電容的阻抗還要大。這是我們不希望得到的結果。(在24m到200m這一段,小電容呈容性,大電容已經呈感性。兩個電容併聯已經相當於lc併聯。兩個電容的esr值之和為這個lc迴路的串阻。lc併聯的話如果串阻為0,那麼在諧振點上會有乙個無窮大的阻抗,在這個點上有最差的濾波效果。這個串阻反倒會抑制這種併聯諧振現象,從而降低lc諧振器在諧振點的阻抗)。為減輕這個影響,可以酌情使用esr大些的電容。esr相當於諧振網路裡的串阻,可以降低q值,從而使頻率特性平坦一些。增大esr會使整體阻抗趨於一致。低於24m的頻段和高於200m的頻段上,阻抗會增加,而在24m與200m頻段內,阻抗會降低。所以也要綜合考慮板子開關雜訊的頻帶。國外的一些設計有的板子在大小電容併聯的時候在小電容(680pf)上串幾歐的電阻,很可能是出於這種考慮。(從上面的引數看,1nf的電容q值是100nf電容q值的10倍。由於手頭沒有來自廠商的具體等效串感和esr的值,所以上面例子的引數是根據以往看到的資料推測的。但是偏差應該不會太大。以往多處看到的資料都是1nf和100nf的瓷片電容的諧振頻率分別為100m和10m,考慮貼片電容的l要小得多,而又沒有找到可靠的值,為講著方便就按0.5nh計算。如果大家有具體可靠的值的話,還希望能發上來^_^)

介電常數(dk, ε,er)決定了電訊號在該介質中傳播的速度。電訊號傳播的速度與介電常數平方根成反比。介電常數越低,訊號傳送速度越快。我們作個形象的比喻,就好想你在海灘上跑步,水深淹沒了你的腳踝,水的粘度就是介電常數,水越粘,代表介電常數越高,你跑的也越慢。

介電常數並不是非常容易測量或定義,它不僅與介質的本身特性有關,還與測試方法,測試頻率,測試前以及測試中的材料狀態有關。介電常數也會隨溫度的變化而變化,有些特別的材料在開發中就考慮到溫度的因素.濕度也是影響介電常數的乙個重要因素,因為水的介電常數是70,很少的水分,會引起顯著的變化.

以下是一些典型材料的介電常數(在1mhz下):

真空1.0

純ptfe

2.1gy ptfe

2.2-2.3

gx-ptfe

2.55

氰酸酯/玻璃

3.2氰酸酯/石英

2.8-3.4

聚醯亞胺-石英

3.5-3.8

聚醯亞胺-玻璃

4.0-4.6

環氧樹脂-玻璃(fr4)

4.4-5.2

無紡芳香胺(aramid)

3.8-4.1

芳香胺(織布)

3.8-4.1

陶瓷填充聚四氟乙烯

6.0-10.2

foamclad (arlon 專利)

1.15-1.3

水70.0

可以看出,對於高速、高頻應用而言,最理想的材料是由銅箔包裹的空氣介質,厚度允差在+/-0.00001"。作為材料開發,大家都在朝這個方向努力,如arlon 專利開發的foamclad非常適合基站天線的應用。但不是所有的設計都是介電常數越小越好,它往往根據一些實際的設計而定,一些要求體積很小的線路,常常需要高介電常數的材料,如arlon的ar1000 用在小型化線路設計.有些設計如功放,常用介電常數2.55(如arlon diclad527, ad255等),或者介電常數3.5(如ad350,25n/fr等).也有採用4.5介電常數的,(如ad450)主要從fr-4設計改為高頻應用,而希望沿用以前設計.

介電常數除了直接影響訊號的傳輸速度以外,還在很大程度上決定特性阻抗,在不同的部分使得特性阻抗匹配在微波通訊裡尤為重要.如果出現阻抗不匹配的現象,阻抗不匹配也稱為vswr (駐波比).

max2242:印刷電路板材料應選用fr4或g-10。這類材料對大多數工作頻率在3ghz以下的低成本無線應用都是很好的選擇。max2242評估板使用的是4層fr4,其介電常數為4.5,絕緣層厚度6 mil、1oz覆銅。

在設計像max2242這樣在2.45ghz下輸出阻抗只有大約(8 + j5)

諧振頻率計算:f=1/(2*3.14159*sqrt(l*c))

介電常數和電容的關係 滌綸電容基礎知識詳解

滌綸電容 polyester capacitor 是指用兩片金屬箔做電極,夾在極薄絕緣介質中,卷成圓柱形或者扁柱形芯子,介質是滌綸,滌綸薄膜電容,介電常數較高,體積小,容量大,穩定性較好,適宜做旁路電容。滌綸電容介紹 滌綸電容是以滌綸為介質的電子產品基本元件,在各種直流或中低頻脈動電路中使用。滌綸電...

常數乘以無窮大等於多少 飄忽不定的介電常數

文 陳亮 在影響電容量的3個主要因素中,極板面積和極板間距是很直觀的。然而相對介電常數看似是固定的材料屬性,但在實際場景中就比較複雜了。舉個栗子 同一塊使用fr4做為介質的pcb,內層的帶狀線上下兩端介質的相對介電常數都是4,訊號線感受到的相對介電常數就是材料的相對介電常數 4 那表層的微帶線呢?一...

低介電常數微波介質陶瓷基覆銅板的研究

微波介質陶瓷是指應用於微波 主要是300mhz 30ghz頻段 電路中作為介質材料並完成一種或多種功能的陶瓷 在現代通訊中被用作諧振器 濾波器 介質基片 介質天線 介質波導迴路等,應用於微波電路的介質陶瓷除了必備的機械強度 化學穩定性之外,還應滿足如下介電特性,微波頻率下大的相對介電常數c 2高q ...