建模FR4介电常数与频率

如果你曾经玩过一个棱镜,你已经熟悉分散,即使你不知道。这个重要的光学效应也很重要在高速和高频pcb,不同的速度,不同的信号跟踪。

就像任何其他材料,FR4波脉冲影响旅游,弥散在PCB痕迹。物理描述色散是众所周知的,可以用来开发分析模型在PCB信号的行为,但使用一个模拟方案可以使你的生活更加容易。

FR4色散如何影响模拟和数字信号

对于那些可能不记得他们的工程或物理类、介电常数(因此折射率)材料是一个函数的旅行电磁波的振荡频率。这之所以是一个棱镜可以用来把白光分成了彩虹的颜色。同样,电磁波的吸收也是电磁波的频率的函数。

这将创建一个多氯联苯的影响对FR4尤为重要高速或高频应用程序。FR4介电常数与频率的变化被称为分散,导致不同频率成分在PCB跟踪一个电脉冲旅行有不同的速度。积极的色散(介电常数随频率),更高的频率成分比低频率成分,晚到达一个负载为负色散,反之亦然。

数字脉冲和FR4色散频率匹配

数字脉冲只是模拟波的叠加,以及色散影响这些频率成分略有不同。FR4恰好有负色散的信号传播速度,但放置层压板积极分散基质可以补偿信号失真和减少损失。

大多数的频谱在数字脉冲(大约75%)集中在开关频率和膝盖之间的频率。膝盖的频率大约是三分之一的信号上升时间的倒数。一个像样的近似只占分散在开关频率,但这个近似只是接受低到中等程度的分散。

的损耗角正切FR4也随频率,迅速增加到100千赫,然后稳步增加到大约100 GHz。因此,在更高的频率衰减比较大,但拉伸诱导在数字脉冲不太严重。伸展是更重要的是在较低的频率和数据率,影响跟踪长度不匹配的宽容。

与模拟信号,PCB痕迹FR4损失往往高于其他专业的PCB材料应用在GHz范围涉及模拟信号。出于这个原因,FR4板用于高速/高频应用程序应该包括高速层压制品,减少损失,弥补FR4固有的负色散。另外,你应该使用一个不同的材料这是专门用于射频应用程序。

你的底物是一样重要的组件

建模色散FR4

考虑电路的色散传输线模型是在单位长度的基础上完成的。换句话说,重要参数在建模一个输电线路的串联电阻和串联电感是导体,分流电介质的电导和导线之间的电容,它的返回路径。这里的重要部分是考虑并联电导率和介电常数的变化频率的变化。

材料的导电性分为静态组件和一个频率相关组件,组件,后者介电损耗和频率成正比。与此同时,介电常数本质上是频率的函数由于表面电荷激发或偶极振荡频率较低,或晶格振动的激励和电子在高频率的转换。

构建的电路模型对FR4板,总电容和并联电导必须确定FR4信号频率的兴趣。这些值必须包括在跟踪一个FR4板的电路模型建模时电路的行为。涉及的计算基础,但得到的值错误将导致您的模型产生的结果和现实不一致。

当然你可以分析输电线路在每个部分你的董事会使用报务员的方程,还可以使用SPICE-based电路模拟器。你需要包括正确的并联电导值和电容FR4基板在感兴趣的频率。

另外,因为你已经决定FR4的电特性相关的频率,你可以在一个包含正确的值3 d领域解算器。这使您能够检查的字段,可以创建信号完整性问题在你的设备或multi-board设计。

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