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PCB设计时,我们该走微带线还是带状线呢?

PCB设计知识 by 小北设计

首先和小北一起来了解下这两种不同的走线吧!

在多层电路板设计,PCB的走线,我们常分两种,微带线,带状线。

微带线:只有一个参考平面的走线。(表层走线)

带状线:上下两个参考平面的走线。(内层走线)     


微带线

微带线:微带线是指电场穿透两种不同的介质,相对较难控制阻抗。空气的介电常数PCB低,所以整体微带线的等效介电常数较低(约为2-3)。信号的微带线上的传输速率较快(约为每米5708ps)。因为微带线分布在PCB的表面,所以可以节省层数进行高密度布线,但是较容易受干扰。


带状线:指PCB内层的线路。带状线的电场只有PCB的范围内,相对较易控制阻抗。带状线周围介质的介电常数较高(约为4.4),信号传输速度相对较慢(约为每米7283ps)因为在PCB的里面,所以不容易干扰。


微带线的传播速率要稍快于带状线。在走线传播延时要求一致的情况下,微带线的走线可以稍长于带状线。


从损耗来看。上吉赫兹(GHZ)的高频损耗主要是由于介质损耗造成的,微带线由于一部分电磁场经过空气,相对于带状会有更少的介质损耗。


与微带线相比,差分带状线的传输介质均匀,奇、偶模传速度相同,可以以最大程度减小共模转换噪声及远端串扰。


微带线或带状线都有如下特征:阻抗与走线宽度和走线厚度成反比,阻抗与叠层板高度成正比。阻抗与叠层板的介电常数的平方根成反比。这个我们可以利用SI9000来看。阻抗的计算方法可以搜搜小北设计。


传播速度与材料的介电常数之间的关系为  ,c为光速(3×108m/s);er料的介电常数。信号的传播速度和材料的介电常数的平方根成反比。


PCB的传播延迟时间取决于电路材料的介电常数和通路的几何结构。通路的几何结构会影响电路板上电场的分布情形。如果整个电力线都包覆在PCB里面,则其有效的介电常数会变大,因而导致传播速度变慢。


对于典型的FR-4 PCB材料来说,如果一个电路通路采用所谓的stripline结构,则其电场及电力线的分布只存在于上下两个接地层中间,所产生的有效介电常数为4.5。而位于PCB外层的通路所形成的电场一端在空气中,另一端则在PCB材料里面,其所产生的有效的介电常数为1~4.5。在PCB设计时,我们通常在计算表层走线是6mil/ps,内层5mil/ps。

氧化铝是一种用来组成高密度电路板的陶瓷材料,其优点是具有非常低的热膨胀系数,容易形成较薄的电路层,但它的制造成本较高,常在微波电路系统中使用。 介电常数的传输线效应介电常数的传输线效应 

“最大长度”(单位:mm)代表的是进入“离散模型”领域的最小通路长度。以PCB为例,当其介电常数为3时,对于一个100MHz的信号,通路长度超过106mm就会进入“离散模型”领域。而对于陶瓷材料,由于其介电常数为10,若有一个100MHz的信号,当其通路长度超过64mm就会进入“离散模型”领域。


作为一种陶瓷材料,氧化铝用来制作非常密集的电路板(达50层之多)它的优势在于热膨胀系数低且易于加工成非常薄的板层,但制造成本非常昂贵。微波工程师更看中氧化铝电路低传播速度的特点,因为这样可以缩小谐振结构的尺寸。


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