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线路板打样之关于PCB的介电常数

  1、我们常用的PCB介质是FR4材料的,相对空气的介电常数是4.2-4.7。这个介电常数是会随温度变化的,在0-70度的温度范围内,其最大变化范围可以达到20%。介电常数的变化会导致线路延时10%的变化,温度越高,延时越大。介电常数还会随信号频率变化,频率越高介电常数越小。100M以下可以用4.5计算板间电容以及延时。像中启程使用的生益板材介电常数在4.6-5.2之间。

  2、一般的FR4材料的PCB板中内层信号的传输速度为180ps/inch(1inch=1000mil=2.54cm)。表层一般要视情况而定,一般介于140与170之间。

  3、实际的电容可以简单等效为L、R、C串联,电容有一个谐振点,在高频时(超过这个谐振点)会呈现感性,电容的容值和工艺不同则这个谐振点不同,而且不同厂家生产的也会有很大差异。这个谐振点主要取决于等效串联电感。现在的比如一个100nF的贴片电容等效串联电感大概在0.5nH左右,ESR(等效串联电阻)值为0.1欧,那么在24M左右时滤波效果最好,对交流阻抗为0.1欧。而一个1nF的贴片电容等效电感也为0.5nH(不同容值差异不太大),ESR为0.01欧,会在200M左右有最好的滤波效果。为达好较好的滤波效果,我们使用不同容值的电容搭配组合。但是,由于等效串联电感与电容的作用,会在24M与200M之间有一个谐振点,在这个谐振点上有最大阻抗,比单个电容的阻抗还要大。这是我们不希望得到的结果。(在24M到200M这一段,小电容呈容性,大电容已经呈感性。两个电容并联已经相当于LC并联。两个电容的ESR值之和为这个LC回路的串阻。LC并联的话如果串阻为0,那么在谐振点上会有一个无穷大的阻抗,在这个点上有最差的滤波效果。这个串阻反倒会抑制这种并联谐振现象,从而降低LC谐振器在谐振点的阻抗)。为减轻这个影响,可以酌情使用ESR大些的电容。ESR相当于谐振网络里的串阻,可以降低Q值,从而使频率特性平坦一些。

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