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PCB技術
回路基板伝送線路においてどのような損失が生じるか
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回路基板伝送線路においてどのような損失が生じるか

回路基板伝送線路においてどのような損失が生じるか

2021-11-11
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Author:Downs

The PCB伝送線路 は、信号のために少なくとも2つのワイヤーを含みます. 複合体 回路基板 ネットは、このより単純な伝送線路構造の組合せです. PCB設計の視点から, understanding these structures (microstrip, ストリップライン, and coplanar) is beneficial to designers and manufacturers.

何が送電線の損失ですか?

伝送線路構造は異なる損失メカニズムを有する。PCB伝送線路の総損失を挿入損失(△t)と呼ぶ。導体損失(λ±c),誘電損失(λ±d),放射損失(λ±r)と漏洩損失(λ±l)の和である。

±±=λ±C+−δ+d+−δ+R+−δ±l

PCBが非常に高い体積抵抗を有するので、漏れの影響は無視できる。放射損失は無線周波数放射による回路から失われたエネルギーである。この損失は周波数,誘電率(dk)と厚さに依存する。特定の伝送ラインについては、損失は、より高い周波数で非常に高くなる。同じ回路では、より薄い基板とより高いDk値を使用すると、放射損失は小さくなる。

この記事で, we will only discuss the transmission line 損失 related to the conductor loss (αc) caused by the signal trace resistance and the dielectric loss (αd) caused by the PCB誘電体, 損失正接/損失係数.

PCBボード

Δ±t=1 .δ±c+

特性インピーダンスと損失機構

以前のPCB伝送ラインシリーズでは、伝送線路の特性インピーダンスを与えました(信号で見られるインピーダンスで、周波数とは無関係です)。

R =単位線当りの線導体抵抗

線導体ループのインダクタンス

信号経路と戻り経路の間のコンダクタンス

信号経路と戻り経路との間のキャパシタンスPul(誘電体のDkと共に増加する)

均一な伝送線路では、R、L、G、Cはすべての点で同じであるので、伝送線路上のすべての点でZcは同じ値を有する。

線に沿って伝搬するf(=1/2)の周波数の正弦波信号に対して、異なる点と時刻における電圧および電流の式は、次のように与えられる。

以下の式で与えられる、PCB伝送線損失の実数部と虚数部とは、±λ及び−5となる。

したがって、我々はR << l > lとG <>

PCB伝送線の損失を以下に示します。

これは、波長が単位長あたりの伝搬遅延を有するPCB伝送線路の損失を伝搬し、線路に沿って伝搬するときに減衰することを意味する。

長さLの伝送線路の信号減衰係数は以下の通りである。

減衰や信号損失率は通常dBで表される。

したがって、DB損失はライン長に比例する。したがって、単位長あたりのDB損失として上記を表現できます。

通常はマイナス記号を省略し、dBの信号強度から常に減算されたdB損失であることを覚えています。

このように、伝送線路の単位長さ当りの全挿入損失ともいう。

ここで、損失のR/Z 0成分はRに比例する(単位長さ当たりの抵抗)。GFA 0部分の損失は、誘電体材料のGコンダクタンスに比例し、Alfa Dで示される誘電損失と呼ばれる。

ここでRはインチあたりの導体の抵抗です。

現在、PCB伝送線に信号トレースとリターンパスの2つの導体があります。

通常、リターン経路は平坦な表面であるが、リターン電流は平坦な表面に均一に分布していない。電流のほとんどが信号トレースの幅の3倍のストリップに集中していることを証明できる。

PCB伝送線路における信号トレース抵抗

信号トレースの全断面積は信号電流に等しくなるか?答えは:常にそれは信号の周波数に依存しない場合です。

約1 MHzまでの非常に低い周波数で、我々は全導体が信号電流に参加すると仮定することができます。

PCB伝送線路のオームインチ損失におけるChanper=銅抵抗率

w =インチの幅(例えば、5ミル、または0.005 "トレース50オーム)

t =インチの太さ(通常、1 / 2オンスから10 oz、つまり0.0007から0.0014まで)

例えば、5ミル幅のトレースの場合:

我々の目的のために、我々は周波数fでAC抵抗に興味があります。皮膚効果によると、周波数fを持つ電流は、特定の深さに広がるだけである

4 mhzでは,深さは銅の厚さの1 ozに等しく,15 mhzでは銅の厚さの1/2 ozであった。15 MHz以上では信号電流の深さは0.7 mm以下であり,周波数が高くなると減少し続ける。

ここで我々は高周波数の挙動に焦点を当てているので、我々はtが関心の周波数で皮膚深さよりも大きいことを安全に仮定することができるので、我々は信号抵抗式でtの代わりに皮膚深さを使用します。では、次のようになります。

我々は、電流が導体のすべての周辺を技術的に話しているので、2 W(2 + w)で置き換えられることができます。

この帰還信号は、信号トレースに最も近い面に沿って、厚さφだけだけ伝搬し、その抵抗値は次のように近似できる。

導体‐誘電体界面における銅表面粗さに起因する導体損失の増加

それを知ることは重要です 回路基板, 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.