Den dielektriske konstanten (Dk) og tapsfaktoren (Df) til høyfrekvente trykte kretskort er kjerneparametrene som bestemmer kvaliteten på høyfrekvent signaloverføring. Mange produsenters nominelle parametere har problemer som ugjennomsiktige testforhold og falsk merking, noe som lett kan føre til fallgruver i faktisk design og produksjon. Nedenfor vil vi oppsummere de viktigste praktiske kunnskapspunktene for disse to parameterne for å hjelpe deg med å unngå parameterfeller.
Grunnleggende definisjon og felles terminologi for industrien
Dielektrisk konstant (Dk/ε r): karakteriserer PCb-substratets evne til å lagre ladninger i et elektrisk felt. I ingeniørfag refererer det til den relative dielektriske konstanten (vakuumverdi på 1), som er en dimensjonsløs iboende egenskap.
Tapsfaktor (Df/tan δ): Refererer til andelen elektrisk energi omdannet til termisk energi per tidsenhet av et substrat under høyfrekvente vekslende elektriske felt, også kjent som den dielektriske tapstangensen.
Den lettest oversette parameterfellen
Testfrekvensmisforhold: Dk til vanlig fr4 måles vanligvis ved en lavfrekvens på 1MHz, mens høyfrekvente kretskort krever minst 10GHz (X-bånd) med målte data, og lavfrekvente parametere kan ikke representere høyfrekvent sceneytelse i det hele tatt.
Virtuell merking av nominell toleranse: Dk-batchforskjellen til vanlig fr4 kan nå ± 0,2, mens Dk-toleransen for kvalifiserte høyfrekvente materialer bør kontrolleres innenfor ± 0,02. Den virtuelle merkingstoleransen vil direkte forårsake et faktisk impedansavvik på 5-10 Ω, som overskrider toleransekravet på ± 2 % for RF-kretser.
Tilsløring av miljøstabilitet: Mange-lavprisede høyfrekvente materialer merker ikke den dielektriske konstanttemperaturkoeffisienten τ Dk. I utendørsscenarier som strekker seg fra -40 grader til +85 grader, endres Dk betydelig med temperaturdrift, noe som direkte forårsaker impedansdrift og signalfeil.
Påvirkningen av fuktighet er ikke forklart: når vannabsorpsjonshastigheten til underlaget er for høy, vil Dk øke betydelig etter vannabsorpsjon, Df vil forringes synkront, og signaltap i fuktige omgivelser vil langt overstige den nominelle verdien.
Kjernevirkningen av to parametere på kretsytelsen
Dielektrisk konstant (Dk):
Direkte bestemmelse av signaloverføringshastigheten, jo lavere Dk, jo mindre er signalutbredelsesforsinkelsen, og jo raskere overføringshastigheten.
Det er kjerneinngangsparameteren for impedanssimulering, og Dk-avvik kan direkte føre til svikt i standard impedansdesign som 50 Ω/100 Ω, og forårsake signalrefleksjon.
Tapsfaktor (Df):
Direkte bestemmelse av innsettingstapet av høyfrekvente signaler, i frekvensbåndet over 10GHz, kan tapet per tomme av vanlig fr4 nå 1-2dB, og høyfrekvente materialer av høy kvalitet kan kontrolleres innenfor 0,2dB.
For høy Df kan resultere i bortkastet kraft ved sendeenden og manglende evne til å demodulere svake signaler ved mottakeren, noe som direkte reduserer kommunikasjonsavstanden og radardeteksjonsfølsomheten.
Typisk parameterreferanse for vanlig høyfrekvent platemetall
| materialsystem | Typisk Dk-verdi (10GHz) | Typisk Df-verdi (10GHz) | Kjerne gjeldende scenarier |
|---|---|---|---|
| Vanlig FR-4 | 4.2~4.6 | ~0.02 | Lavhastighets digitale kretser under 1GHz |
| Serien av karbonhydrogenharpiks | 3.2~3.7 | 0.003~0.008 | 5G-basestasjon,-optisk høyhastighetsmodul |
| RO4000-serien | 3.48~3.66 | 0.002~0.0037 | RF-forsterker, bilradar |
| PTFE modifisert serie | 2.2~2.6 | 0.001~0.003 | Millimeterbølge, satellittkommunikasjon, militær radar |
Autoritative testmetoder som vanligvis brukes i industrien
Dk og Df for høyfrekvente kretskort kan ikke testes ved å bruke Q--tabellmetoden til vanlig fr4. Den ofte brukte stripelinjeresonansmetoden i industrien er å måle resonansfrekvensen til stripelinjeresonatoren ved å bruke en vektornettverksanalysator for å invertere Dk, og måle kvalitetsfaktoren Q-verdien for å invertere Df. Resultatene er nærmere den faktiske arbeidstilstanden til PCB.