Σχεδιασμός PCB υψηλής ταχύτητας
Ως σχεδιασμός PCB υψηλής ταχύτητας νοείται οποιοσδήποτε σχεδιασμός όπου η ακεραιότητα του σήματος αρχίζει να επηρεάζεται από τις φυσικές ιδιότητες του PCB, όπως η διάταξη, η συσκευασία, οι διασυνδέσεις και η στοίβαξη των στρωμάτων.
Τα σύγχρονα ηλεκτρονικά συστήματα αυξάνουν τους ρυθμούς ακμής και τις ταχύτητες ρολογιού. Σήμερα πολλά ψηφιακά συστήματα έχουν συχνότητες σήματος άνω των 100 MHz. Σε αυτές τις ταχύτητες, εμφανίζονται φαινόμενα γραμμών μετάδοσης στα ίχνη της PCB και μπορούν να επηρεάσουν σοβαρά τη συμπεριφορά του συστήματος. Η διαδικασία σχεδιασμού PCB για υψηλές ταχύτητες είναι η διαδικασία επίλυσης των προβλημάτων ακεραιότητας σήματος που δημιουργούν οι υψηλές ταχύτητες. Ο κόσμος χρησιμοποιεί συχνά τον όρο “PCB υψηλής ταχύτητας”, τι ακριβώς είναι λοιπόν μια πλακέτα PCB υψηλής ταχύτητας;
Μια άποψη λέει ότι ένα ψηφιακό κύκλωμα είναι υψηλής ταχύτητας όταν ο ρυθμός του φτάνει ή υπερβαίνει περίπου τα 45-50 MHz και τα σήματα με αυτόν τον ρυθμό αποτελούν περισσότερο από το ένα τρίτο του συστήματος. Στην πραγματικότητα, οι αρμονικές συχνότητες ενός σήματος είναι υψηλότερες από τη βασική του συχνότητα. Οι γρήγορες αλλαγές - οι ανοδικές και καθοδικές ακμές ή μεταβάσεις - προκαλούν απροσδόκητα αποτελέσματα μετάδοσης. Ένας κοινός πρακτικός κανόνας είναι ο εξής: εάν η καθυστέρηση διάδοσης μιας γραμμής είναι μεγαλύτερη από το μισό του χρόνου ανόδου του ψηφιακού σήματος, το σήμα αυτό αντιμετωπίζεται ως σήμα υψηλής ταχύτητας και τα αποτελέσματα της γραμμής μετάδοσης έχουν σημασία.
Η μεταφορά σήματος έχει σημασία τη στιγμή που το σήμα αλλάζει κατάσταση, για παράδειγμα κατά τη διάρκεια του χρόνου ανόδου ή πτώσης. Ένα σήμα χρειάζεται σταθερό χρόνο για να ταξιδέψει από τον οδηγό στον δέκτη. Εάν ο χρόνος διαδρομής είναι μικρότερος από το μισό του χρόνου ανόδου ή πτώσης, τότε οποιαδήποτε αντανάκλαση από τον δέκτη θα φτάσει στον οδηγό πριν το σήμα ολοκληρώσει την αλλαγή. Εάν ο χρόνος διαδρομής είναι μεγαλύτερος από το μισό του χρόνου ανόδου ή πτώσης, η ανάκλαση επιστρέφει μετά την αλλαγή. Εάν η ανάκλαση είναι μεγάλη, η αθροιστική κυματομορφή μπορεί να αλλάξει τη λογική κατάσταση.
Εν ολίγοις, για να σχεδιάσετε ένα υψηλής ποιότητας PCB υψηλής ταχύτητας πρέπει να σκεφτείτε τόσο την ακεραιότητα σήματος όσο και την ακεραιότητα ισχύος. Πρέπει επίσης να γνωρίζουμε τη διαφορά μεταξύ σημάτων υψηλής ταχύτητας και σημάτων υψηλής συχνότητας. Οι άμεσες επιπτώσεις εμφανίζονται συνήθως ως προβλήματα ακεραιότητας σήματος, αλλά η βασική αιτία συχνά συνδέεται με την ακεραιότητα ισχύος. Η ακεραιότητα ισχύος επηρεάζει άμεσα την τελική ακεραιότητα σήματος της πλακέτας.
Όταν αρχίζετε να σχεδιάζετε μια πλακέτα και βλέπετε προβλήματα όπως καθυστέρηση, διασταύρωση, ανάκλαση ή ανεπιθύμητη εκπομπή, βρίσκεστε στον τομέα του σχεδιασμού PCB υψηλής ταχύτητας.
Ο σχεδιασμός PCB υψηλής ταχύτητας είναι η διάταξη πλακετών κυκλωμάτων για κυκλώματα υψηλής ταχύτητας. Πρόκειται για κυκλώματα όπου τα φυσικά μέρη της πλακέτας επηρεάζουν την ακεραιότητα του σήματος. Αυτοί οι φυσικοί παράγοντες περιλαμβάνουν τη διάταξη, τη στοίβαξη και τις διασυνδέσεις.
Όταν σχεδιάζετε PCB υψηλής ταχύτητας, πρέπει να αφιερώνετε περισσότερο χρόνο από το συνηθισμένο στην ακριβή τοποθέτηση των ιχνών, στο πλάτος τους, στο πόσο κοντά βρίσκονται σε άλλα σήματα και στους τύπους των εξαρτημάτων με τα οποία συνδέονται οι γραμμές.
Τα σύγχρονα ηλεκτρονικά συστήματα αυξάνουν τους ρυθμούς ακμής και τις ταχύτητες ρολογιού. Σήμερα πολλά ψηφιακά συστήματα έχουν συχνότητες σήματος άνω των 100 MHz. Σε αυτές τις ταχύτητες, εμφανίζονται φαινόμενα γραμμών μετάδοσης στα ίχνη της PCB και μπορούν να επηρεάσουν σοβαρά τη συμπεριφορά του συστήματος. Η διαδικασία σχεδιασμού PCB για υψηλές ταχύτητες είναι η διαδικασία επίλυσης των προβλημάτων ακεραιότητας σήματος που δημιουργούν οι υψηλές ταχύτητες. Ο κόσμος χρησιμοποιεί συχνά τον όρο “PCB υψηλής ταχύτητας”, τι ακριβώς είναι λοιπόν μια πλακέτα PCB υψηλής ταχύτητας;
Μια άποψη λέει ότι ένα ψηφιακό κύκλωμα είναι υψηλής ταχύτητας όταν ο ρυθμός του φτάνει ή υπερβαίνει περίπου τα 45-50 MHz και τα σήματα με αυτόν τον ρυθμό αποτελούν περισσότερο από το ένα τρίτο του συστήματος. Στην πραγματικότητα, οι αρμονικές συχνότητες ενός σήματος είναι υψηλότερες από τη βασική του συχνότητα. Οι γρήγορες αλλαγές - οι ανοδικές και καθοδικές ακμές ή μεταβάσεις - προκαλούν απροσδόκητα αποτελέσματα μετάδοσης. Ένας κοινός πρακτικός κανόνας είναι ο εξής: εάν η καθυστέρηση διάδοσης μιας γραμμής είναι μεγαλύτερη από το μισό του χρόνου ανόδου του ψηφιακού σήματος, το σήμα αυτό αντιμετωπίζεται ως σήμα υψηλής ταχύτητας και τα αποτελέσματα της γραμμής μετάδοσης έχουν σημασία.
Η μεταφορά σήματος έχει σημασία τη στιγμή που το σήμα αλλάζει κατάσταση, για παράδειγμα κατά τη διάρκεια του χρόνου ανόδου ή πτώσης. Ένα σήμα χρειάζεται σταθερό χρόνο για να ταξιδέψει από τον οδηγό στον δέκτη. Εάν ο χρόνος διαδρομής είναι μικρότερος από το μισό του χρόνου ανόδου ή πτώσης, τότε οποιαδήποτε αντανάκλαση από τον δέκτη θα φτάσει στον οδηγό πριν το σήμα ολοκληρώσει την αλλαγή. Εάν ο χρόνος διαδρομής είναι μεγαλύτερος από το μισό του χρόνου ανόδου ή πτώσης, η ανάκλαση επιστρέφει μετά την αλλαγή. Εάν η ανάκλαση είναι μεγάλη, η αθροιστική κυματομορφή μπορεί να αλλάξει τη λογική κατάσταση.
Εν ολίγοις, για να σχεδιάσετε ένα υψηλής ποιότητας PCB υψηλής ταχύτητας πρέπει να σκεφτείτε τόσο την ακεραιότητα σήματος όσο και την ακεραιότητα ισχύος. Πρέπει επίσης να γνωρίζουμε τη διαφορά μεταξύ σημάτων υψηλής ταχύτητας και σημάτων υψηλής συχνότητας. Οι άμεσες επιπτώσεις εμφανίζονται συνήθως ως προβλήματα ακεραιότητας σήματος, αλλά η βασική αιτία συχνά συνδέεται με την ακεραιότητα ισχύος. Η ακεραιότητα ισχύος επηρεάζει άμεσα την τελική ακεραιότητα σήματος της πλακέτας.
Όταν αρχίζετε να σχεδιάζετε μια πλακέτα και βλέπετε προβλήματα όπως καθυστέρηση, διασταύρωση, ανάκλαση ή ανεπιθύμητη εκπομπή, βρίσκεστε στον τομέα του σχεδιασμού PCB υψηλής ταχύτητας.
Ο σχεδιασμός PCB υψηλής ταχύτητας είναι η διάταξη πλακετών κυκλωμάτων για κυκλώματα υψηλής ταχύτητας. Πρόκειται για κυκλώματα όπου τα φυσικά μέρη της πλακέτας επηρεάζουν την ακεραιότητα του σήματος. Αυτοί οι φυσικοί παράγοντες περιλαμβάνουν τη διάταξη, τη στοίβαξη και τις διασυνδέσεις.
Όταν σχεδιάζετε PCB υψηλής ταχύτητας, πρέπει να αφιερώνετε περισσότερο χρόνο από το συνηθισμένο στην ακριβή τοποθέτηση των ιχνών, στο πλάτος τους, στο πόσο κοντά βρίσκονται σε άλλα σήματα και στους τύπους των εξαρτημάτων με τα οποία συνδέονται οι γραμμές.
1. Σήματα και ακεραιότητα σήματος
Είτε εργάζεστε σε συνηθισμένο είτε σε σχεδιασμό PCB υψηλής ταχύτητας, η πλακέτα στέλνει σήματα κατά μήκος των ιχνών στα τελικά σημεία. Τι είναι λοιπόν τα σήματα υψηλής ταχύτητας; Υπάρχουν δύο κύριοι τύποι: αναλογικά και ψηφιακά.
1.1 Ψηφιακά σήματα
Τα ψηφιακά σήματα είναι απλούστερα από τα αναλογικά σήματα. Είναι μια σειρά από χαμηλές και υψηλές στάθμες. Μπορείτε να τα φανταστείτε ως 0 και 1, ή off και on.
1.2 Αναλογικά σήματα
Τα αναλογικά σήματα διαφέρουν περισσότερο από τα ψηφιακά σήματα. Μπορούν να ταλαντεύονται θετικά και αρνητικά. Το σήμα μεταβάλλεται κατά πλάτος και κατά συχνότητα.
Όταν σχεδιάζετε ένα κύκλωμα, λάβετε υπόψη σας αυτά τα κοινά προβλήματα και τις διορθώσεις για να βελτιώσετε την απόδοση της πλακέτας.
2. Συνήθη προβλήματα και λύσεις
2.1 Προβλήματα
Ο σχεδιασμός PCB υψηλής ταχύτητας είναι πολύ ευαίσθητος. Μπορεί να συναντήσετε διάφορα προβλήματα κατά τη διάρκεια ενός έργου. Ακολουθούν τρία κοινά προβλήματα που πρέπει να προσέξετε.
- Χρονισμός: Εάν ο χρονισμός του σήματος είναι λανθασμένος, μπορεί να λάβετε αλλοιωμένα δεδομένα. Εξαιτίας των προβλημάτων χρονισμού, βεβαιωθείτε ότι κάθε δρομολογημένο σήμα και κάθε σήμα ρολογιού φτάνει στο σωστό χρόνο σε σχέση με όλα τα άλλα σήματα.
- Παραμόρφωση: Ακεραιότητα σήματος σημαίνει ότι τα σήματα φτάνουν στη σωστή μορφή. Εάν τα σήματα δεν φαίνονται σωστά στα τελικά σημεία, πιθανότατα υπέστησαν παραμόρφωση κατά τη διάρκεια της διαδρομής.
- Θόρυβος: Κάθε PCB κάνει κάποιο θόρυβο. Αλλά ο πολύς θόρυβος μπορεί να αλλοιώσει τα δεδομένα. Ο θόρυβος εμφανίζεται συχνά όταν ένα σήμα χτυπάει απροσδόκητα και επηρεάζει τα κοντινά σήματα.
2.2 Λύσεις
Ευτυχώς, αυτά τα ζητήματα έχουν γνωστές λύσεις. Αποτελούν βασικά μέρη του σχεδιασμού υψηλών ταχυτήτων.
- Αντίσταση: Ο έλεγχος της σύνθετης αντίστασης είναι μια βασική λύση για πολλά κοινά προβλήματα PCB. Όταν η σύνθετη αντίσταση μεταξύ πομπού και δέκτη είναι σωστή, η ποιότητα, η ακεραιότητα και η ευαισθησία του σήματος βελτιώνονται.
- Ασορτί: Η αντιστοίχιση του μήκους βοηθά στο συγχρονισμό. Αν ταιριάξετε τα μήκη των συζευγμένων ιχνών, θα φτάσουν μαζί και θα παραμείνουν συγχρονισμένα με το ρολόι.
- Απόσταση: Αφήνοντας αρκετό χώρο μεταξύ των ιχνών βοηθά στην προστασία τους από θόρυβο και άλλες παρεμβολές. Αποφύγετε την τοποθέτηση ιχνών πολύ κοντά για να μειώσετε τις παρεμβολές.
3. Διάταξη PCB υψηλής ταχύτητας
Όταν μιλάμε για το τι κάνει ένα PCB υψηλής ταχύτητας, να θυμάστε ότι ισχύουν πολλοί κανόνες διάταξης. Ο έγκαιρος σχεδιασμός της διάταξης βοηθάει στη διατήρηση του έργου εντός χρονοδιαγράμματος και μειώνει τα σφάλματα.
3.1 Σχηματική αναπαράσταση
Το πρώτο βήμα είναι να σχεδιάσετε το κύκλωμα ως σχηματικό διάγραμμα. Ενώ σχεδιάζετε, σκεφτείτε τη ροή των σημάτων. Προσπαθήστε να αποτυπώσετε μια φυσική ροή από αριστερά προς τα δεξιά και να συμπεριλάβετε όσο το δυνατόν περισσότερες χρήσιμες πληροφορίες.
3.2 Απαιτήσεις
Γράψτε σαφείς οδηγίες διάταξης PCB. Περιλάβετε το σκοπό της πλακέτας, ένα σκίτσο κυκλώματος, τη διάταξη της πλακέτας, την τοποθέτηση εξαρτημάτων και την απόσταση μεταξύ ιχνών και κυκλωμάτων. Μπορεί επίσης να χρειαστεί να σημειώσετε ποιοι τύποι σημάτων πηγαίνουν σε κάθε στρώμα. Για παράδειγμα, εάν χρησιμοποιείτε RF, εξετάστε το σχεδιασμό PCB RF. Τα σήματα RF έχουν ειδικές ανάγκες. Βάλτε στις απαιτήσεις όλα όσα χρειάζεται η πλακέτα για να λειτουργεί αξιόπιστα.
3.3 Τοποθέτηση
Η τοποθέτηση εξαρτημάτων είναι ένα από τα πιο σημαντικά μέρη της διάταξης. Σκεφτείτε πού βρίσκονται τα κυκλώματα στην πλακέτα και τι τα περιβάλλει.
3.4 Παράκαμψη ισχύος
Για τη μείωση του θορύβου σε κυκλώματα υψηλής ταχύτητας, παρακάμψτε τους ακροδέκτες ισχύος του ενισχυτή. Για τους ενισχυτές op υψηλής ταχύτητας υπάρχουν δύο κοινές τεχνικές παράκαμψης. Η μία είναι η παράκαμψη από τη ράγα προς τη γη, η οποία λειτουργεί στις περισσότερες περιπτώσεις. Άλλες ειδικές τεχνικές είναι χρήσιμες σε ορισμένες περιπτώσεις.
3.5 Παρασιτική χωρητικότητα
Τα παρασιτικά είναι αδέσποτοι πυκνωτές και πηνία που μπαίνουν κρυφά σε διατάξεις υψηλής ταχύτητας και προκαλούν προβλήματα. Σχηματίζονται εύκολα και μπορούν να καταστρέψουν τη σχεδίαση. Τα κυκλώματα υψηλών ταχυτήτων επηρεάζονται εύκολα από τα παρασιτικά.
3.6 Επίπεδο εδάφους
Ένα επίπεδο γείωσης χρησιμεύει ως τάση αναφοράς, παρέχει θωράκιση, βοηθά στην απαγωγή θερμότητας και μειώνει την επαγωγή αδέσποτων. Αλλά προσέξτε: ένα επίπεδο γείωσης μπορεί επίσης να προσθέσει παρασιτική χωρητικότητα. Στις περισσότερες περιπτώσεις θέλετε ένα πλήρες, αδιάλειπτο επίπεδο γείωσης και να το διατηρείτε συνεχές.
3.7 Συσκευασία
Οι ενισχυτές op και άλλα εξαρτήματα διατίθενται σε πολλές συσκευασίες. Η επιλογή της συσκευασίας επηρεάζει την απόδοση υψηλής συχνότητας. Οι συσκευασίες επηρεάζουν τα παράσιτα και τη δρομολόγηση των ιχνών.
3.8 Δρομολόγηση και θωράκιση
Η δρομολόγηση και η θωράκιση μειώνουν τις παρεμβολές μεταξύ των σημάτων. Ο σχεδιασμός PCB προσφέρει διάφορες μεθόδους δρομολόγησης και θωράκισης. Ένα επίπεδο γείωσης είναι καλή θωράκιση. Μπορείτε επίσης να δρομολογήσετε τα ίχνη ορθογώνια σε γειτονικά στρώματα για να μειώσετε τη χωρητική σύζευξη και να κρατήσετε τα ίχνη σε μεγαλύτερη απόσταση μεταξύ τους.
4. Πώς να καταλάβετε αν το έργο σας είναι υψηλής ταχύτητας
Δεν υπάρχει ένας μοναδικός, απόλυτος κανόνας για το τι μετράει ως σχεδιασμός PCB υψηλής ταχύτητας, αλλά υπάρχουν διάφοροι πρακτικοί τρόποι για να αποφασίσετε αν το έργο σας είναι υψηλής ταχύτητας. Τα προβλήματα ακεραιότητας σήματος είναι ένα σαφές σημάδι. Εάν εργάζεστε σε ένα τηλέφωνο ή μια μητρική πλακέτα, είναι πολύ πιθανό να πρόκειται για σχεδίαση υψηλής ταχύτητας. Η χρήση ορισμένων τεχνολογιών αποτελεί επίσης ισχυρή ένδειξη.
- Διαθέτει η πλακέτα διασυνδέσεις υψηλής ταχύτητας;
Ένας γρήγορος τρόπος για να διαπιστώσετε αν πρέπει να ακολουθήσετε τους κανόνες σχεδίασης υψηλών ταχυτήτων είναι να ελέγξετε αν υπάρχουν διασυνδέσεις υψηλών ταχυτήτων στην πλακέτα. Παραδείγματα είναι η DDR, το PCIe και οι διεπαφές βίντεο, όπως η DVI ή η HDMI. Όλες αυτές οι διεπαφές χρειάζονται αυστηρούς κανόνες σχεδιασμού υψηλής ταχύτητας. Επίσης, για κάθε διασύνδεση, συμπεριλάβετε τις ακριβείς προδιαγραφές καναλιού στην τεκμηρίωσή σας. - Λόγος μήκους ίχνους προς μήκος κύματος σήματος
Ένας κοινός έλεγχος είναι ο λόγος μεταξύ του μήκους του ίχνους σας και του μήκους κύματος των σημάτων που μεταφέρετε. Εάν το μήκος του ίχνους είναι της ίδιας τάξης με το μήκος κύματος του σήματος, η πλακέτα πιθανότατα θα χρειαστεί κανόνες υψηλής ταχύτητας. Ορισμένα πρότυπα, όπως το DDR, απαιτούν τα μήκη ιχνών να πληρούν αυστηρές ανοχές. Ένας απλός κανόνας είναι: αν το μήκος ίχνους και το μήκος κύματος βρίσκονται στην ίδια τάξη μεγέθους, θα πρέπει να εξετάσετε το ενδεχόμενο σχεδίασης υψηλής ταχύτητας. - Πλακέτες με ασύρματες διεπαφές ή διεπαφές κεραίας
Κάθε πλακέτα που συνδέεται με μια κεραία, είτε η κεραία βρίσκεται πάνω στην πλακέτα είτε συνδέεται με σύνδεσμο, χρειάζεται προσεκτική προσοχή στη σχεδίαση υψηλής ταχύτητας και RF. Οι κεραίες οχημάτων χρειάζονται επίσης αυστηρό έλεγχο της σύνθετης αντίστασης και συντονισμένα μήκη ιχνών. Εάν έχετε συνδέσμους SMA ή παρόμοιους συνδέσμους RF, δρομολογήστε τους με ελεγχόμενη αντίσταση ώστε να ταιριάζουν με την τιμή του συνδέσμου. - Κατανεμημένα συστήματα και πολλά υποκυκλώματα
Εάν το έργο σας είναι ένα κατανεμημένο σύστημα που αποτελείται από πολλά υποκυκλώματα που μπορούν να λειτουργούν ανεξάρτητα μέσα σε ένα μεγαλύτερο σύστημα, είναι πιθανό να αντιμετωπίσετε επίσης προκλήσεις PCB υψηλής ταχύτητας. Οι πολλαπλές μονάδες, οι πολλές συνδέσεις υψηλής ταχύτητας και οι μικτοί τομείς χρονισμού αυξάνουν την πιθανότητα να χρειαστείτε φροντίδα σχεδιασμού υψηλής ταχύτητας.
5. Υλικά πλακέτας υψηλής ταχύτητας
Ο όρος “υλικό πλακέτας υψηλής ταχύτητας” είναι κοινός στον κλάδο. Συνήθως σημαίνει υλικά χαμηλών απωλειών που χρησιμοποιούνται για πλακέτες υψηλής ταχύτητας. Αυτά τα υλικά έχουν χαμηλότερη εφαπτομένη απωλειών, που συχνά ονομάζεται Df, σε σύγκριση με το συνηθισμένο FR-4. Τι είναι το Df και πώς επηρεάζει τα σήματα;
Όταν ένα μονωτικό μέσο, όπως το ύφασμα υαλοϊνών και η ρητίνη, βρίσκεται σε ηλεκτρικό πεδίο, τα φορτισμένα σωματίδια του μέσου δεσμεύονται μέσα σε μόρια. Το εξωτερικό πεδίο προκαλεί μικροσκοπικές μετατοπίσεις. Τα δίπολα στο μέσο ευθυγραμμίζονται τότε με το πεδίο. Αυτό το φαινόμενο είναι η διηλεκτρική πόλωση. Η ενέργεια που χάνεται κατά τη διαδικασία της πόλωσης είναι η διηλεκτρική απώλεια. Η τιμή Df του υλικού μετράει πόση διηλεκτρική απώλεια έχει το υλικό.
Τα συνήθη υλικά των πλακετών εξασθενούν τα ημιτονοειδή κύματα περισσότερο από ό,τι τα υλικά υψηλής ταχύτητας. Το φαινόμενο είναι ισχυρότερο στις υψηλότερες αρμονικές συχνότητες. Τα ψηφιακά σήματα αποτελούνται από πολλά ημιτονοειδή κύματα σε διαφορετικές συχνότητες. Εάν αυτά τα ημιτονοειδή κύματα εξασθενήσουν, τα άκρα του ψηφιακού σήματος υποβαθμίζονται και το πλάτος πέφτει. Η υποβάθμιση των ακμών μειώνει το εύρος ζώνης της γραμμής μεταφοράς και μειώνει το περιθώριο σήματος. Η χρήση υλικού υψηλής ταχύτητας μειώνει τις απώλειες ανά μονάδα μήκους. Για το ίδιο μήκος ίχνους, ένα υλικό υψηλής ταχύτητας παρέχει μεγαλύτερο εύρος ζώνης και μεγαλύτερο περιθώριο. Ή, για τον ίδιο προϋπολογισμό απωλειών, η χρήση υλικού υψηλής ταχύτητας σας επιτρέπει να δρομολογήσετε μεγαλύτερα ίχνη και να εξακολουθείτε να πληροίτε τις επιδόσεις.
Μια απλή αναλογία μπορεί να βοηθήσει. Φανταστείτε δύο αυτοκίνητα με διαφορετική κατανάλωση καυσίμου. Το αυτοκίνητο Α καταναλώνει 22 λίτρα ανά 100 χιλιόμετρα (Df: 0,022). Ο κόσμος το αποκαλεί βενζινοβόρο. Το αυτοκίνητο Β καταναλώνει 4,5 λίτρα ανά 100 χιλιόμετρα (Df: 0,0045). Οι άνθρωποι το αποκαλούν εξοικονόμηση καυσίμου. Αν έχετε μόνο 50 λίτρα καυσίμου και ο προορισμός σας απέχει 800 χλμ., το βενζινοβόρο δεν θα φτάσει εκεί. Το fuel saver θα φτάσει και θα έχει ακόμα καύσιμα. Αν ο προορισμός είναι μόνο 200 χιλιόμετρα, το βενζινοβόρο μπορεί να φτάσει με ελάχιστα καύσιμα, οπότε το περιθώριο είναι μικρό και το ταξίδι είναι επικίνδυνο αν κάτι πάει στραβά. Το fuel saver διαχειρίζεται το ταξίδι με μεγαλύτερο περιθώριο. Αυτό το παράδειγμα δείχνει γιατί μερικές φορές χρειάζεστε υλικά υψηλής ταχύτητας. Όταν οι ρυθμοί σήματος είναι υψηλοί, τα μήκη των ιχνών είναι μεγάλα ή ο προϋπολογισμός απωλειών είναι περιορισμένος, το κανονικό υλικό μπορεί να μην παρέχει αρκετό περιθώριο. Σε τέτοιες περιπτώσεις, συνιστούμε υλικό υψηλής ταχύτητας.
Τα υλικά υψηλής ταχύτητας διατίθενται σε διαβαθμισμένα επίπεδα με βάση το Df. Το Df είναι μόνο ένας οδηγός. Χρησιμοποιείτε πάντα τους ακριβείς αριθμούς από το φύλλο δεδομένων του υλικού για εργασίες σχεδιασμού.
Όταν ένα μονωτικό μέσο, όπως το ύφασμα υαλοϊνών και η ρητίνη, βρίσκεται σε ηλεκτρικό πεδίο, τα φορτισμένα σωματίδια του μέσου δεσμεύονται μέσα σε μόρια. Το εξωτερικό πεδίο προκαλεί μικροσκοπικές μετατοπίσεις. Τα δίπολα στο μέσο ευθυγραμμίζονται τότε με το πεδίο. Αυτό το φαινόμενο είναι η διηλεκτρική πόλωση. Η ενέργεια που χάνεται κατά τη διαδικασία της πόλωσης είναι η διηλεκτρική απώλεια. Η τιμή Df του υλικού μετράει πόση διηλεκτρική απώλεια έχει το υλικό.
Τα συνήθη υλικά των πλακετών εξασθενούν τα ημιτονοειδή κύματα περισσότερο από ό,τι τα υλικά υψηλής ταχύτητας. Το φαινόμενο είναι ισχυρότερο στις υψηλότερες αρμονικές συχνότητες. Τα ψηφιακά σήματα αποτελούνται από πολλά ημιτονοειδή κύματα σε διαφορετικές συχνότητες. Εάν αυτά τα ημιτονοειδή κύματα εξασθενήσουν, τα άκρα του ψηφιακού σήματος υποβαθμίζονται και το πλάτος πέφτει. Η υποβάθμιση των ακμών μειώνει το εύρος ζώνης της γραμμής μεταφοράς και μειώνει το περιθώριο σήματος. Η χρήση υλικού υψηλής ταχύτητας μειώνει τις απώλειες ανά μονάδα μήκους. Για το ίδιο μήκος ίχνους, ένα υλικό υψηλής ταχύτητας παρέχει μεγαλύτερο εύρος ζώνης και μεγαλύτερο περιθώριο. Ή, για τον ίδιο προϋπολογισμό απωλειών, η χρήση υλικού υψηλής ταχύτητας σας επιτρέπει να δρομολογήσετε μεγαλύτερα ίχνη και να εξακολουθείτε να πληροίτε τις επιδόσεις.
Μια απλή αναλογία μπορεί να βοηθήσει. Φανταστείτε δύο αυτοκίνητα με διαφορετική κατανάλωση καυσίμου. Το αυτοκίνητο Α καταναλώνει 22 λίτρα ανά 100 χιλιόμετρα (Df: 0,022). Ο κόσμος το αποκαλεί βενζινοβόρο. Το αυτοκίνητο Β καταναλώνει 4,5 λίτρα ανά 100 χιλιόμετρα (Df: 0,0045). Οι άνθρωποι το αποκαλούν εξοικονόμηση καυσίμου. Αν έχετε μόνο 50 λίτρα καυσίμου και ο προορισμός σας απέχει 800 χλμ., το βενζινοβόρο δεν θα φτάσει εκεί. Το fuel saver θα φτάσει και θα έχει ακόμα καύσιμα. Αν ο προορισμός είναι μόνο 200 χιλιόμετρα, το βενζινοβόρο μπορεί να φτάσει με ελάχιστα καύσιμα, οπότε το περιθώριο είναι μικρό και το ταξίδι είναι επικίνδυνο αν κάτι πάει στραβά. Το fuel saver διαχειρίζεται το ταξίδι με μεγαλύτερο περιθώριο. Αυτό το παράδειγμα δείχνει γιατί μερικές φορές χρειάζεστε υλικά υψηλής ταχύτητας. Όταν οι ρυθμοί σήματος είναι υψηλοί, τα μήκη των ιχνών είναι μεγάλα ή ο προϋπολογισμός απωλειών είναι περιορισμένος, το κανονικό υλικό μπορεί να μην παρέχει αρκετό περιθώριο. Σε τέτοιες περιπτώσεις, συνιστούμε υλικό υψηλής ταχύτητας.
Τα υλικά υψηλής ταχύτητας διατίθενται σε διαβαθμισμένα επίπεδα με βάση το Df. Το Df είναι μόνο ένας οδηγός. Χρησιμοποιείτε πάντα τους ακριβείς αριθμούς από το φύλλο δεδομένων του υλικού για εργασίες σχεδιασμού.
5.1 Κοινές κατηγορίες Df (οι τιμές είναι τυπικές αναφορές στα 10 GHz)
- Τυποποιημένο υλικό απώλειας: 10 GHz: Df < 0,022 @ 10 GHz
- Υλικό μεσαίων απωλειών: 10 GHz: Df < 0,012 @ 10 GHz
- Υλικό χαμηλών απωλειών: 10 GHz: Df < 0,008 @ 10 GHz
- Υλικό με πολύ χαμηλές απώλειες: Df < 0,005 @ 10 GHz
- Υλικό εξαιρετικά χαμηλών απωλειών: Df < 0,003 @ 10 GHz