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高頻板材特性與阻抗控制

作者: 時間:2011-06-17 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

1、AC Impedance 交流阻抗
交流電中綜合了電阻 (Resistance;R) 、容抗 (Capacitive Reactance;Xc),及感抗 ( Inductive Reactance ;XL ) 而構(gòu)成的交流 "電阻",簡稱為"阻抗"(Impedance,代表符號為Z)。其公式為 Ζ=√(R2+(XL-XC)2)。本詞與高速或高頻傳輸線中的訊號(Signal;此詞尚有其它同義字如脈沖Pulse,方波Square Wave,Step Wave階波等)所遇到阻力的"特性阻抗" (Charac teristic Impedance,其代表符號為Zo)與前者完全不同,其公式為 Zo=√(L/C)。又原詞中的 AC 是指 Alternating Current 即"極性交換之電流"而言。亦即隨時間變化的電流,簡稱交流。此 AC 符號常用于每秒鐘變換極性 (Polarity Switching )很多次的電源,其波形常為正弦波、方波或三角波等。

2、Characteristic Impedance特性阻抗
是指當導(dǎo)體中有電子"訊號"波形之傳播時,其電壓對電流的比值稱為"阻抗Impedance"。由于交流電路中或在高頻情況下,原已混雜有其它因素(如容抗、感抗等)的"Resistance",已不再只是簡單直流電的"歐姆電阻"(OhmicResistance),故在電路中不宜再稱為"電阻",而應(yīng)改稱為"阻抗"。不過到了真正用到"Impedance阻抗"的交流電情況時,免不了會造成混淆,為了有所區(qū)別起見,只好將電子訊號者稱為"特性阻抗"。電路板線路中的訊號傳播時,影響其"特性阻抗"的因素有線路的截面積,線路與接地層之間絕綠材質(zhì)的厚度,以及其介質(zhì)常數(shù)等三項。目前已有許多高頻高傳輸速度的板子,已要求"特性阻抗"須控制在某一范圍之內(nèi),則板子在制造過程中,必須認真考慮上述三項重要的參數(shù)以及其它配合的條件。

3、Frequency 頻率
是指各種周期性運動,在單位時間內(nèi)所重復(fù)的次數(shù)而言。電頻通常是以"赫"(Herz,即每秒內(nèi)重復(fù)的次數(shù)或周數(shù))為單位。電路板線路中的"訊號",是以波動方式傳輸,故欲其高速則必先要高頻。而在高頻下,其板材的介質(zhì)常數(shù)就顯得非常關(guān)鍵,例如3 GHz以上的高頻微波通信板,則介常數(shù)4.5的FR-4必須更換成只有2.6的PTFE板材才行,以減少訊號的散逸與延誤。

4、Impedance Match 阻抗匹配
在電子電路中若有訊號(Signal)在傳送時,希望由電源發(fā)出端(Source)起,在能量損失最少的情形下,能順利傳送到接收端(Load)。并由接受端將其完全吸收而不產(chǎn)生任何的反射。欲達到這種良好的傳送或傳輸,則電路中的阻抗(ZL)必須與"發(fā)出端"內(nèi)部的阻抗(Zo)相等才行,稱之為"阻抗匹配"。

5、Radio Frequency Interference(RFI)射頻干擾
是一項意外不良的干擾,包括出現(xiàn)一些不良的暫存狀態(tài)(Transients)訊號,會干擾到電子通信設(shè)備或其它電子機器之操作而影響其正常功能。例如早期未做RFI預(yù)防的電視機,當附近有腳踩式摩托車發(fā)動時,由于其火星塞所發(fā)出火花(Spark)電磁波,傳入電視機后將會造成畫面短暫的混亂。若在電視機膠殼的內(nèi)壁,以化學(xué)銅或含鎳漆料等處理上一屏障 (Shielding)層后,即可將傳來的電磁波導(dǎo)引至"接地層"去,以減少 RFI的干擾。至于某些"高周波"熔接工場,也需將其建筑物以金屬網(wǎng)接地,避免其所散出的高頻電磁波對周圍電子電器品的干擾。在機場航道附近之業(yè)者,嚴重時甚至?xí)︼w機降落雷達儀表造成干擾,對飛安有很大的威脅,必須嚴加防范。

6、Reflection反射
一般常識中是指鏡面將入射光加以反射之謂。不過在計算機主機板中對高速訊號之傳播時,則是指"訊號"由Driver發(fā)出經(jīng)訊號線在 Receiver傅播時,若三者間之阻抗值均能匹配,則訊號之能量可順利到達Receiver中一旦訊號線品質(zhì)有問題,致使其呈現(xiàn)的"特性阻抗"值超過限度時,將會造成訊號部份能量折回 Driver ,也稱為"反射"。

7、Rise Time上升時間
此詞是方波式邏輯訊號 (Signal)或脈沖 (Pulse) 的重要性質(zhì)。以縱坐標為電壓(如早期的5V與現(xiàn)在的 3.3V,及未來可能的 2.5V),橫坐標為時間所組成的"時脈Clock" (時鐘脈波)系統(tǒng);其傳播中方波的生成,理論上應(yīng)自低態(tài)垂直升起到達"高態(tài)",但實際上卻是以某一斜坡升起。該升起斜坡之 10%高度到 90%高度所耗掉的時間,稱為Rise Time,常用單位為 10-9秒Nono-Second,簡稱為NS,譯為奈秒。

8、Ultra High Frequency(UHF)特高頻率
指頻率在 300MHz ~ 3GHz 之間,或波長在 1 m ~10 cm 之"極超短波",稱為UHF。如電視、汽車電話、大哥大電話等皆屬此一范圍,其所使用之電路板材 FR-4 則尚可達成使命。至于頻率更高的微波電子產(chǎn)品,則需用到 Teflon板材了 (詳見電路板信息雜志50期之專文)。EMI Electromagnetic Interference ;電磁干擾RF Radio Frequency;無線電波,射頻RFI Radio-Frequency Interference;射頻干擾SHF Super High Frequency ; 超高頻率(即頻率在3~30GHz間的微波;波長為1~10cm,可用于遠程無線之大哥大或衛(wèi)星通信 )UHF Ultra-High Frequency ;特高頻率之電磁波是指頻率在300~3,000MHz的電波,或波長在 1~10dm (10~100cm)的"極超短波"而言,常用于高畫顯電視。VHF Very High Frequency ; 極高頻率電磁波 (即超短波)指頻率在30~300MHz間的電波,其波長在 1~10m間,用于廣播及電視。

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