PCB高频技术研讨报告.ppt

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1、1高频技术研讨报告制作：卞华昊23/Feb/20172高频信号基础高频应用领域对损耗的影响因子CCL基材对损耗的影响PCB制作对损耗的影响我司高频材料Df等级目录31.高频信号基础高频信号，顾名思义就是频率较高的信号。在电子学上和高速数字设计领域，分别有不同的判断标准。通常当F>100MHz的时候,或信号上升时间小于3.185ns左右的时候,认为是高频电路。频率:是指单位时间内完成振动的次数，是描述振动物体往复运动频繁程度的量。常用符号F(frequency)表示。基本单位是赫兹（Hz），简称赫，常用千赫（KHz）或兆赫（MHz）或吉赫（GHz）做

2、单位。1.1高频的定义4对于高速产品，并没有明确定义，一般认为对损耗有特定要求的产品为高速产品。microstripstripline传输线模型基本传输线种类Microstrip微带线Stripline带状线优点设计简单方面，PCB制作容易管控不易受外界讯号干扰缺点辐射损耗大，易于受外界讯号干扰对介层管控要求严格，受孔Stub影响较大。1.2高速信号和的传输线PlatformSDD21@4GHzSDD21@8GHzRomley-0.8dB/inch(SL)-0.84dB/inch(MS)-1.60dB/inch(SL)-1.68dB/inch(MS

3、)Grantley-0.75dB/inch(SL)-0.79dB/inch(MS)-1.50dB/inch(SL)-1.58dB/inch(MS)Brickland-0.48dB/inch(SL)-0.96dB/inch(SL)5介电常数（Dk）准确讲应该称为相对介电常数。绝缘材料的容电率与真空或干燥空气的容电率相对比，即成了所谓的“相对容电率”(RelativePermittivity)，εr，也就是所谓的Dk值或称介质系数(Dielectricconstant)。从信号传输品质的角度来看，介电常数的含义可以理解为介质对电荷的吸附能力，介电常数越

4、大，其对信号的吸附能力越强，可供使用的信号余量便越小。介电能力即相当于容电能力。介电能力对比（左）和线路传输模型（右）1.3介电常数（Dk）和损耗因子（Df）Dk定义6c-25-20-15-10-500510152025Frequency,GHzInsertionLoss,dBDf=0.01Df=0.031.3介电常数（Dk）和损耗因子（Df）Dk与InsertionLoss关系7损耗因子（Df）即为散失因子（dissipationfactor），表示信号传输时在介质中损失掉的能量（loss），将这个损失掉的能量与未损失的能量（stored）对比时

5、，即得到Df。介质损耗因子与频率的相关性1.3介电常数（Dk）和损耗因子（Df）Df定义8插入损耗（简称插损，数学描述为S21，或insertionloss）：在二端口网络中，S21定义为从端口2出来的正弦波和从端口1进入的正弦波的比值。端口一端口二入射信号反射信号接收信号简单二端口网络示意图相位差幅度1.4插入损耗的概念9插入损耗导体热消耗反射介质损耗趋肤效应耦合、串扰辐射介质中粒子振动导致阻抗不连续导线发热能量向环境中发射与邻近传输线干扰作用增加导体阻抗消耗能量1.4插入损耗的概念10无损传输线是不存在的，通路上的每一个节点都会造成损耗，损耗受

6、控是一个真正的挑战。右图为传输线中主要插入损耗来源于传输的信号频率之间关系示意图1.4插入损耗的概念11高速或高频情况下，主要受趋肤效应影响，信号在导体中传输感受到的阻抗将远大于导体在直流情况下的电阻。导体的趋肤效应（红色表示电流密度最大，蓝色表示最小）趋肤深度：δ：趋肤深度μ：磁导率σ：电导率f：频率对于纯铜导线：μ=4πⅹ10-7H/mσ=5.8ⅹ107S/m则在1GHz频率下：δ铜=2.1um1.5趋肤效应122.高频应用领域基站天线卫星通讯民用/军用卫星通讯网络通讯交换器&路由器&服务器汽车电子汽车雷达&导航手机通讯4G/5G手机高频应用1

7、3目前几乎所有高速存储器、服务器、路由器以及很多消费电子产品都具有高传输速率的特性，PCB产业也已迈进高速的方向。USB2.0(480Mbps)交换机(1Gbps)基站(2.3Gbps)IEEE1394(B)接口（3.2Gbps）光模块产品（6.25Gbps）高性能光模块（25Gbps）一些高速电子产品和设备及其传输速率2.高频应用领域Df介于0.01~0.005电路板材适合上限为10Gbps数字电路Df介于0.005~0.003电路板材适合上限为25Gbps数字电路Df介于0.0015电路板材适合上限为50Gbps数字电路14EqualizerP

8、re-emphasisHDIBack-drillingCopperFoilResin(Dk/Df)Fabric(Dk/Df