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Tecnologia PCB
Che perdita si verificherà nella linea di trasmissione del circuito stampato
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Che perdita si verificherà nella linea di trasmissione del circuito stampato

Che perdita si verificherà nella linea di trasmissione del circuito stampato

2021-11-11
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Author:Downs

The PCB transmission line contains at least two wires-one for the signal and the other for the return path. The complex circuit board net is a combination of this simpler transmission line structure. Dal punto di vista della progettazione PCB, understanding these structures (microstrip, stripline, and coplanar) is beneficial to designers and manufacturers.

Qual è la perdita della linea di trasmissione?

La struttura della linea di trasmissione ha diversi meccanismi di perdita. The total loss of the PCB transmission line is called the insertion loss (αt). It is the sum of conductor loss (αc), dielectric loss (αd), radiation loss (αr) and leakage loss (αl).

αt = αc + αd + αr + αl

The effect of leakage is negligible because PCB has a very high volume resistance. La perdita di radiazione è l'energia persa dal circuito a causa della radiazione a radiofrequenza. Questa perdita dipende dalla frequenza, dielectric constant (Dk) and thickness. Per una particolare linea di trasmissione, the loss will be much higher at higher frequencies. Per lo stesso circuito, when a thinner substrate and a higher Dk value are used, la perdita di radiazioni sarà minore.

In questo articolo, we will only discuss the transmission line loss related to the conductor loss (αc) caused by the signal trace resistance and the dielectric loss (αd) caused by the PCB dielettrico, quest'ultimo con la tangente perdita/dissipation factor to measure.

scheda pcb

αt = αc + αd

Meccanismo caratteristico di impedenza e perdita

In our previous PCB transmission line series, we gave you the characteristic impedance of a transmission line (it is the impedance seen by the signal and has nothing to do with frequency):

R = resistenza del conduttore di linea per unità di lunghezza (pul)

L = the inductance of the line conductor loop pul

G = conduttanza tra percorso del segnale e percorso di ritorno (dovuto a dielettrico) pul

C = the capacitance pul between the signal path and the return path (it increases with the Dk of the dielectric)

Per una linea di trasmissione uniforme, R, L, G e C sono gli stessi in ogni punto, quindi Zc ha lo stesso valore in ogni punto della linea di trasmissione.

For a sinusoidal signal with a frequency of f (Ï = 2Ïf) propagating along the line, le espressioni di tensione e corrente in diversi punti e orari sono date da:

Dove α e β sono le parti reali e immaginarie della perdita della linea di trasmissione PCB, date dalla formula seguente:

At the frequencies we are interested in, R << Ï L and G << Ï C, therefore:

E: la perdita della linea di trasmissione PCB a:

Ciò significa che un'onda propaga la perdita di una linea di trasmissione PCB con un ritardo di propagazione per unità di lunghezza, and attenuates as it propagates along the line.

Il coefficiente di attenuazione del segnale di una linea di trasmissione di lunghezza l è:

Il fattore di attenuazione o perdita del segnale è solitamente espresso in dB.

Pertanto, la perdita di dB è proporzionale alla lunghezza della linea. Pertanto, possiamo esprimere quanto sopra come perdita dB per unità di lunghezza:

We usually omit the minus sign and remember that it is a dB loss-always subtracted from the signal strength in dB.

Quanto sopra è anche chiamato perdita totale di inserimento per unità di lunghezza della linea di trasmissione, scritta come:

Ora, the R/Z0 component of loss is proportional to R (resistance per unit length), which is called conductor loss and is caused by the resistance of the conductor that forms the transmission line. È rappresentato da "alfa"C. La perdita della parte GZ0 è proporzionale a G-la conduttanza del materiale dielettrico, called the dielectric loss-denoted by "alfa" d.

Dove R è la resistenza del conduttore per pollice.

Ora, there are two conductors in the PCB transmission line-the signal trace and the return path.

Di solito, il percorso di ritorno è una superficie piana, tuttavia, la corrente di ritorno non è distribuita uniformemente sulla superficie piana - possiamo dimostrare che la maggior parte della corrente è concentrata su una striscia che è tre volte la larghezza della traccia del segnale, appena sotto la traccia del segnale.

Resistenza alla traccia del segnale nelle linee di trasmissione PCB

L'intera area trasversale della traccia del segnale partecipa ugualmente alla corrente del segnale? La risposta è: non sempre il caso, dipende dalla frequenza del segnale.

At very low frequencies-up to about 1MHz, possiamo presumere che l'intero conduttore partecipi alla corrente del segnale, so Rsig is the same as the "alpha" C resistance of the signal trace, in particolare:

ρ = Resistività di rame in ohm-inch Perdita della linea di trasmissione PCB

W = trace width in inches (for example: 5 mils, o 0.005" trace 50 ohms)

T = spessore della traccia in pollici (solitamente da ½ oz a 10oz, cioè da 0.0007" a 0.0014")

Ad esempio, per una traccia larga 5 mil:

Per i nostri scopi, we are interested in AC resistance at frequency f. Qui, the skin effect enters the picture. Secondo l'effetto cutaneo, the current with frequency f only spreads to a certain depth, che è chiamata la profondità della pelle del conduttore

Possiamo vedere da quanto sopra che a 4MHz, la profondità della pelle è uguale a 1oz di spessore del rame, e a 15MHz, è uguale a ½ oz di spessore del rame. Sopra 15MHz, la profondità della corrente del segnale è solo inferiore a 0,7 mil e continua a diminuire man mano che la frequenza aumenta.

Since we are focusing on high frequency behavior here, possiamo tranquillamente presumere che T sia maggiore della profondità cutanea alla frequenza di interesse, so we will use skin depth instead of T in the signal resistance formula. Quindi ora abbiamo:

Usiamo 2δ invece di δ, perché la corrente utilizza tutta la periferia del conduttore tecnicamente parlando, 2W può essere sostituito da 2(W+T).

The return signal propagates only with a thickness δ along the surface closest to the signal trace, e la sua resistenza può essere approssimata come:

Aumento della perdita del conduttore a causa della rugosità superficiale del rame all'interfaccia conduttore-dielettrica

It is important to know that in the circuit board, the "copper conductor-dielectric interface" is never smooth (if it is smooth, the copper conductor is easily peeled from the dielectric surface); it is roughened into a tooth-like structure to increase the circuit The peel strength of the conductor on the board.