Apabila PCB bergerak ke arah era frekuensi tinggi dan kelajuan tinggi, papan litar bercetak bukan lagi sekadar "asas" yang menyokong komponen. Sebagai tambahan kepada fungsi konduktif mereka, mereka juga mempunyai fungsi menghantar isyarat frekuensi tinggi dan kelajuan tinggi. Apabila kita bercakap tentang prestasi elektrik PCB berkelajuan tinggi, pemalar dielektrik (Dk), faktor kehilangan (Df), impedans ciri (Z0), dan kehilangan sisipan adalah empat kata kunci yang tidak dapat dielakkan. Ia saling berkaitan dan bersama-sama menentukan kualiti penghantaran isyarat pada papan litar.
1、 Definisi dan unit bagi empat petunjuk utama
1. Pemalar dielektrik (Dk/ε r): Pemalar dielektrik bagi "zon nyahpecutan" isyarat ialah kuantiti fizik yang mengukur keupayaan bahan untuk menyimpan tenaga elektrik di bawah tindakan medan elektrik. Ringkasnya, ia mencerminkan tahap "halangan" yang dialami isyarat apabila merambat melalui medium. Takrifnya biasanya nisbah kapasiti pemuat yang diperbuat daripada bahan ini sebagai medium kepada kapasiti pemuat saiz yang sama diperbuat daripada vakum sebagai medium, jadi ia adalah nilai relatif tanpa dimensi (biasanya dinyatakan sebagai ε r).
·Kepentingan berangka: Dk helaian FR-4 biasa adalah antara 4.2 dan 4.8, manakala Dk helaian frekuensi tinggi seperti PTFE (polytetrafluoroethylene, biasanya dikenali sebagai Teflon, Teflon) biasanya antara 2.2 dan 3.0. Semakin rendah dan lebih stabil nilai Dk, semakin cepat kelajuan perambatan isyarat, dan lebih sesuai untuk penghantaran frekuensi tinggi.
2. Faktor kehilangan (Df/tan δ): Faktor kehilangan tenaga "pencuri", juga dikenali sebagai tangen kehilangan dielektrik atau faktor pelesapan, ialah parameter yang digunakan untuk mencirikan kehilangan tenaga bahan dielektrik dalam medan elektrik berselang-seli akibat kesan histerisis atau kebocoran yang disebabkan oleh polarisasi dielektrik. Ia mewakili nisbah bahagian tenaga isyarat yang "bocor" ke dalam papan penebat kepada tenaga yang disimpan dalam papan, dan juga merupakan kuantiti fizikal tanpa dimensi.
·Makna berangka: Lebih kecil nilai Df, lebih baik. Df FR-4 biasa biasanya sekitar 0.02, manakala Df bahan berkelajuan tinggi frekuensi tinggi (seperti Rogers RO4350B) boleh serendah 0.0037 atau lebih rendah. Semakin kecil Df, semakin kecil pemanasan isyarat dan pengecilan yang disebabkan oleh bahan itu sendiri.
3. Galangan ciri (Z0): Galangan ciri "kad ID" talian penghantaran ialah nisbah voltan serta-merta kepada arus serta-merta yang ditemui apabila isyarat merambat pada talian penghantaran, diukur dalam ohm (Ω). Ia bukan perintang DC mudah, tetapi ciri komprehensif yang ditentukan oleh rintangan teragih (R), kearuhan (L), kekonduksian (G), dan kemuatan (C) talian penghantaran. Dalam persekitaran frekuensi tinggi, impedans ciri boleh lebih kurang dipermudahkan sebagai Z0=√ (L/C).
·Kepentingan berangka: Dalam reka bentuk PCB, kawalan impedans biasa untuk talian isyarat hujung tunggal ialah 50 Ω atau 75 Ω, manakala isyarat pembezaan biasanya 90 Ω atau 100 Ω. Mengekalkan kesinambungan impedans (iaitu padanan impedans) adalah kunci untuk menghalang pantulan isyarat.
4. Insertion Loss (IL): "Tol jalan" bagi isyarat. Kehilangan sisipan merujuk kepada tahap pengecilan kuasa keluaran berbanding kuasa input selepas isyarat melalui talian penghantaran, biasanya dinyatakan dalam desibel (dB). Ia ialah penunjuk prestasi akhir makroskopik yang secara langsung mencerminkan "kos" isyarat yang ditanggung pada laluan penghantarannya. Takrif matematiknya ialah S21 = -10 * log(Po/Pi), di mana Pi ialah kuasa input dan Po ialah kuasa output.
· Kepentingan berangka: Lebih kecil nilai mutlak kehilangan sisipan, lebih baik (iaitu, lebih dekat nilai dB kepada 0). Sebagai contoh, kehilangan sisipan sebanyak -3dB bermakna kuasa isyarat hilang separuh. Dalam ujian praktikal, unit kehilangan sisipan biasanya db/inci. Kenapa jadi macam ni? Dalam aplikasi kejuruteraan, untuk pengukuran piawai, kehilangan sisipan biasanya disertakan dengan unit panjang (seperti dB/inci atau dB/cm), tetapi dalam definisi teori dan belanjawan pautan sistem, ia adalah nilai dB tulen.
· Mengapa ia biasanya ditulis sebagai dB/inci (atau dB/cm): "Syarat khusus" dalam takrifan. Intipati kehilangan sisipan ialah nisbah pengecilan kuasa keluaran berbanding kuasa input. Memandangkan semakin lama isyarat bergerak pada talian penghantaran, semakin besar pengecilan, adalah tidak bermakna untuk hanya mengatakan "kehilangan sisipan ialah 3dB" - ia mesti dinyatakan pada panjang talian penghantaran yang diukur. Oleh itu, untuk menyeragamkan prestasi bahan dalam helaian data, pengeluar biasanya menormalkan kehilangan sisipan kepada panjang unit, dengan unit biasa termasuk: · dB/inci: inci, yang biasa digunakan oleh pengeluar helaian Amerika (seperti Rogers dan Isola). · dB/cm: sentimeter, biasanya digunakan oleh pengeluar Eropah dan Asia. · dB/m: meter, digunakan terutamanya untuk menerangkan kabel RF kehilangan sangat rendah. · Sebab berlaku kekeliruan: Konteks kedua-dua ungkapan · Konteks sifat bahan (unit panjang dB): Apabila kita memilih bahan, mengatakan "kehilangan sisipan bahan A ialah 0.7dB/inci @ 10GHz" merujuk kepada pengecilan 0.7dB setiap inci talian penghantaran pada frekuensi 10GHz. Ini mencerminkan ciri kehilangan bahan itu sendiri. · Konteks pautan sistem (jumlah dB): Apabila pereka bentuk mengira jumlah pengecilan talian penghantaran sebenar (seperti jejak sepanjang 10 inci), mereka mengiranya sebagai 0.7dB/inci × 10 inci = 7dB (ditambah kerugian lain seperti penyambung). Pada ketika ini, "jumlah kehilangan sisipan pautan ini ialah 7dB" tidak termasuk unit panjang, kerana ia ialah jumlah nilai pengecilan laluan tertentu. · Penukaran dan penjelasan tambahan · Kedua-dua unit ini boleh ditukar: · 1 dB/inci ≈ 0.394 dB/cm · 1 dB/sm ≈ 2.54 dB/inci Untuk perisian simulasi atau ujian penganalisis rangkaian, walaupun unit paksi lengkung akhir yang dipaparkan ialah dB, apabila menetapkan panjang peranti yang sedang diuji, "teknik pengiraan faktor melalui itu telah mempertimbangkan panjang dan hasil pengiraan seperti itu", instrumen itu telah mempertimbangkan panjang dan pengiraan hasil sedemikian. sebenarnya jumlah nilai dB kerugian di bawah laluan tertentu.
Apabila merujuk kepada "kehilangan sisipan bahan", ia biasanya disertakan dengan unit panjang (seperti dB/inci) untuk memudahkan perbandingan kebaikan bahan yang berbeza. Apabila merujuk kepada "kehilangan sisipan saluran tertentu", ia biasanya hanya ditulis sebagai dB, menunjukkan jumlah pengecilan laluan itu