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為什么要用高速板材?

來源:一博自媒體 時間:2019-6-24 類別:微信自媒體

作者:陳亮    一博科技高速先生團隊隊員

隨著信號傳輸速率越來越快,越來越多的產品選擇使用高速板材。高速板材到底是什么呢?“高速板材”是業內的俗稱,泛指應用于高速PCB中的低損耗板材。這一類的板材相比普通的FR4材料,具有更小的Df(耗散因子或損耗角正切)。Df是什么?它對信號有什么影響呢?

由于構成板材的玻璃纖維布和樹脂等絕緣材料介質中的帶電粒子被束縛在分子中,外加電場會使其產生微觀位移,使介質中的偶極子隨電場方向規則排列,這種現象稱為介質的極化,極化過程產生的能量損失稱為介質損耗,板材的Df值就是衡量板材介質損耗的大小的參數。

為了讓大家更直觀的了解高速板材和普通板材的區別,我用仿真軟件簡單搭了一個電路。讓大家看看相同一段走線使用不同Df的板材對信號的影響:
 
Standard Loss板材上的10英寸走線:        Very Low Loss板材上的10英寸走線:
 
1GHz正弦波信號:  


5GHz正弦波信號:
 
……

25GHz正弦波信號:
 

普通板材與高速板材相比對正弦波信號的衰減更大,尤其是對高頻諧波的衰減更為明顯,由于數字信號通過不同頻率的正弦波合成。正弦波的衰減將導致需要傳輸的信號產生邊沿退化、幅度降低等問題,影響傳輸線的帶寬。使用高速板材可以降低單位長度傳輸線的損耗。所以在線長相同的情況下,高速板材能使傳輸線帶寬更高,信號裕量更大。同理:在相同損耗要求的情況下,使用高速板材可以走更長的走線,性能仍滿足要求。
 
我們有兩輛不同油耗的汽車,汽車A每百公里油耗22升(Df:0.022),江湖人稱油老虎。汽車B每百公里油耗4.5升(Df:0.0045),人送外號省油小霸王。如果你只有50升油,你的目的地(接收端)在800公里(走線長度)外,油老虎走不到三分之一就趴窩了(接收端的信號裕量嚴重不足)。如果是開省油小霸王,開到目的地還能剩14升油(接收端信號裕量滿足)。但如果你的目的地(接收端)在200公里(走線長度)外,油老虎也能開到,但是剩余油量不多(裕量不多),中途出點狀況可能就到不了了(抗風險能力差)。這時候如果你開省油小霸王就能輕松應對。

這就是為什么有時候需要使用高速板材的原因,在信號速率高,走線長,對損耗有要求的設計,使用普通材料已經沒有裕量或者裕量不多情況下,我們會推薦使用高速板材。

高速板材根據Df值不同,被分為多個等級。Df值僅供參考,使用請以對應材料data sheet為準。

普通損耗板材:  Standard Loss     Df<0.022@10ghz    
中損耗板材:    Mid  Loss         Df<0.012@10ghz
低損耗板材:    Low Loss          Df<0.008@10ghz
極低損耗板材:Very Low Loss     Df<0.005@10ghz
超低損耗板材:  Ultra Low Loss    Df<0.003@10GHz

大家可以趁此機會相互交流一下自己使用高速板材遇到的問題或者使用心得。小陳就先拋磚引玉:高速板材不是工廠常備料,所以是需要提前備料的,生產工廠在國內,則備料時間約1周左右,生產工廠在國外,則備料時間約2-4周左右。根據距離遠近,材料緊俏程度會有所波動。研發周期很緊的項目需要特別注意這一點。

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