介电常数εr | W/d | 有效介电常数 | 特性阻抗 | 四层板d=0.3mm | 八层板d=10mil | |||
线宽W | 传播损耗(dB/m) | 线宽W | 传播损耗(dB/m) | |||||
FR4 | 4.2~5.4以4.8为准 | 0.278 | 3.04 | 100 | 3mil | 0.1251 | 不准确 | |
0.703 | 3.24 | 75 | 8mil | 0.1237 | 7mil | 0.1267 | ||
1.69 | 3.44 | 50 | 20mil | 0.1257 | 17mil | 0.1284 | ||
S1139 |
3.8 |
0.39 | 2.56 | 100 | 4mil | 0.109 | ||
0.889 | 2.73 | 75 | 10mil | 0.110 | ||||
2.0 | 2.929 | 50 | 24mil | 0.118 | ||||
注 | t厚度为1OZ/35um/1.37mil |
表一 50欧姆/75欧姆微带传输线线宽参数
同样在六层板和八层板微带传输线设计中如果已知微带线的介质厚度d,根据W/d 值可以计算出微带传输线线宽W。
(2)微带传输线损耗
微带传输线损耗由三个因素决定:半开放性引起的辐射(这种损耗很小);介质热损耗αd(板材原因);高频趋肤效应引起的导体损耗αc。导体损耗是主要的,导体损耗αc与W/h(h为基片厚度)成反比,也与光洁度有关。当W/h一定,介质损耗与损耗因子和频率成正比。
(3)微带色散特性
当频率高到微带尺寸相对λ/4或λ/2足够大时,将出现严重色散特性还增加了辐射损耗。如果固定在某个频率,在此频率下色散效应可不考虑。阻抗越低、基片越厚、εr越高,微带色散越严重,或板材确定后,频率愈高色散愈严重。
(4)信号在介质中的传输波长和相速
λc为实际在自由空间中传播波长。由此可见εe越高波长减短,信号在传输线中的相速降低。由相速和传输线长可得传播时延t=Vp*L。
2、带状线传输特性
微带传输线在介质基片和空气两种媒质中传输,带状线在同一媒质中传输,有边缘电容。其传输特性阻抗、损耗、传播波长与介质材料的关系同微带传输线相似,与W/b,t/b有关,与微带传输线不同的是t对传输特性阻抗的影响较大。图三为带状线传输示意。1.6mm厚、八层PCB板、FR4 板材的PCB单板,其50欧姆/75欧姆带状输线线宽参数见表二。
图三 带状线传输特性示意
介电常数 | 特性阻抗 | 八层板b=16mil线宽W | 传播损耗(dB/m) | |
FR4 |
4.2~5.4 以4.8为参考 |
50 | 5mil | 0.155 |
注 | t厚度为1OZ/35um/1.37mil |
表二 50欧姆/75欧姆带状线传输线线宽参数
3、PCB板层压工艺及分层要求
PCB板多层层压板总厚度和层数等参数受到板材特性限制。特殊板材一般可提供的不同厚度的板材品种有限,因而设计者在PCB设计过程中必须靠虑板材特性参数、PCB加工工艺的限制。
FR4板材有各种厚度,适用于多层层压的板材品种齐全,表四以FR4板材为例给出一种多层板层压结构和板材厚度分配参数,以供PCB设计工程师参考。
层数 | 完成板厚度 | 叠层组成 |
四层 |
1.5mm | 2116X2+7628X2+0.8mm |
1.57mm | 7628X4+0.8mm | |
1.60mm | 7628X4+0.8mm | |
1080X2+7628X2+1mm | ||
1.68mm |
2116X2+7628X2+1mm |
|
六层 | 1.5mm | 1080X4+7628X2+0.43mmX2 |
1.6mm | 1080X4+7628X2+0.43mmX2 | |
八层 |
1.5mm | 1080X6+2116X2+0.27mmX3 |
1.57mm | 1080X6+7628X2+0.27mmX3 | |
1.60mm | 1080X6+7628X2+0.27mmX3 | |
十层 | 1.6mm | 1080X8+2116X2+0.2mmX3 |
注 | 1080板厚2.5mil /2116板厚4.3mil/7628板厚7mil。毫米板为双面敷铜板,其它为介质基片,铜皮厚度均为1OZ(35um/1.37mil) |
表三 FR4层压板结构参数