PCB的电气性能.ppt

1、PCB的电气性能,印制导线的相关计算,导线电阻 下面将介绍导线规格和连接线面积之间的关系，以及如何利用连接线电阻与尺寸和温度之间的函数关系。,曲线的方程为：规格 = -9.6954 - 19.8578Log10(d)，其中d为导线直径，单位为英寸。,因印制板连接线的横截面是长方形而不是圆形。因此，能定义以横截面面积为变量的等式如下： 规格 = 1.08 + 0.10Log10(l/a) 其中a为横截面面积，单位为平方英寸。 当导线的横截面面积已知时，通过上式可以计算出等效的导线规格。,相反地，在导线规格已知时，通过下式可以计算出 连接线的横截面面积： 面积 = l/(10(10规格- 10.8

2、) 在导线规格表中常会提供相关规格的一些参数值。通过这些参数值可以估计某一长度导线的电阻。而连接线电阻的计算比导线电阻的计算稍微复杂。,每种金属都有一个电阻系数(有时也称为特征电阻)，电阻系数、导线长度、横截面面积与电阻之间的关系为： R=l/a 其中：R为电阻，单位为欧姆, l为导线长度； a为横截面面积 电阻系数的单位由欧姆和长度单位来表示。纯铜的电阻系数通常为：=1.724 (微欧-厘米)或=0.6788 (微欧-厘米)。,必须注意，电阻系数随温度变化，通常所给的电阻系数为20时的电阻系数。因此，用该电阻系数计算出的电阻值为20环境温度下的电阻。连接线的电阻随温度而增大，称为“电阻温度系

3、数”的参数可表明这种变化的大小，用下式可计算出该参数对电阻大小的影响： R2/R1 = 1 + 0.00393(T2-T1) 其中R1和T1分别为基准电阻和基准温度(单位为)； T2是新温度； R2是在新温度下的电阻。,所有这些计算很繁琐。UltraCAD Design公司推出了一种免费的计算工具，可以从UltraCAD的网站上下载。利用该工具，在给定一条连接线的等效导线规格、厚度或宽度中任意两个参数条件下，可以计算出另一个参数。它还可以在给定长度和温度的情况下计算连接线的电阻，在给定电流时计算连接线上的电压降。,= 循环开课更多课程咨询 沈老师 QQ：2312226553 电话:0755-3

4、3048181 企业一站式培训服务平台= 生产管理工程技术营销管理客服管理 人力资源财务管理战略管理团队管理 个人技能资格认证物流管理总裁研修 沙盘模拟MBA研修,锡铅层对导线电阻的影响,常用的电路板表面处理工艺是热风整平，即在铜导体表面覆盖一层锡铅合金。 任何导体的电阻都是其电阻系数的函数，分析时可将连接线和焊锡层视为并联导体。假设焊锡层和连接线具有相同的宽度和长度，只需考虑连接线和焊锡层的厚度。,铜的电阻系数为1.724微欧-厘米，而锡的电阻系数为11.5微欧-厘米，比铜高出6.7倍。铅的电阻系数为22微欧-厘米，比铜约高出13倍。因此，根据焊锡中锡和铅的含量比例，焊锡层的电阻系数约比相同

5、厚度的铜连接线高10倍。 由于导体之间的分流大小与电阻成反比，在相同厚度的铜线和焊锡层下，约90%的电流流过铜线(剩余的电流通过焊锡层)。因此，通常在非精确测量时可以忽略焊锡层对连接线电阻和压降的影响。,电容和电感,电容 普通电容 电容是由两个充成不同的电势电荷的导体组成。在两个不同电势的导体之间存在电场，驱动电流提供能量存储在电场中，因为驱动电流是受限的，所以两个极板之间只是存在很短时间的稳态电流值，很快抵制的电压提高削弱注入电流。 下图描述了理想电流和电压的电容波形曲线。,一个电容的阶跃响应描述成一个时间函数，当电压刚刚加压时，大量电流流入电容建立电场，流入电容的初始电流比较高，Y(t)/

6、I(t)非常低。在很短的时间内电容就像一个短路器。 过一段时间后Y(t)/I(t)值开始变大，电流逐渐减小直至趋近于零。这时电容像开路。最后当电容的电场完全建立之后，只存在一小部分由于电容之中的介质绝缘不好而形成的漏电流，Y(t)/I(t)非常高。,印制电路板基材与两面的印制导线，可看作一个电容器，其电容可用平板电容器的计算公式来粗略地计算。 A C=0.886-(pF) b 式中：A两面导线重叠的面积（mm2） b层压板电介质厚度（mm） 层压板的相对介电常数 同一平面上相邻导线之间的分布电容的计算是相当复杂的。,电感 有电流存在的地方就有电感，电流流动产生磁场，磁场的能量是由驱动电流提供的

7、。 下图描述了一个理想情况的电感的电压、电流波形曲线,当供电电压刚刚加上时，几乎没有电流流过，Y(t)/I(t)非常高，在很短的一段时间里，电感好像开路一样。 随后，Y(t)/I(t)开始下降，最后，电压值几乎降至零，电感好像短路器一样，最后，电感的磁场环境完全建立起来之后，限制电流大小的只有电感自身存在的电阻起作用。Y(t)/I(t)极低。,印制导线可以近似地看作是矩形导线，其电感的计算公式为： 2l W+t L=0.002l(log-+0.5+0.224-) W+t l 式中：L直线电感（H） l导线长度（cm） W导线宽度（mm） T导线厚度（mm） 当t50(W+t)时，公式的最后一项

8、可以忽略不计 (高速电路中电感的影响与计算，请见高速设计部分),过孔本身存在着对地的寄生电容，如果已知过孔在铺地层上的隔离孔直径为D2,过孔焊盘的直径为D1,PCB板的厚度为T,板基材介电常数为,则过孔的寄生电容大小近似于： C=1.41TD1/(D2-D1) 过孔的寄生电容会给电路造成的主要影响是延长了信号的上升时间，降低了电路的速度,过孔的寄生电容,过孔的寄生电感,在高速数字电路的设计中，过孔的寄生电感带来的危害往往大于寄生电容的影响。它的寄生串联电感会削弱旁路电容的贡献，减弱整个电源系统的滤波效用。我们可以用下面的公式来简单地计算一个过孔近似的寄生电感： L=5.08hln(4h/d)+

9、1 其中L指过孔的电感，h是过孔的长度，d是中心钻孔的直径。,过孔影响,过孔延迟影响 信号传导 负载 关键时序测量 过孔的阻抗影响 阻抗不连续导致信号变形，眼图关闭 短线影响 multi-Gbps 仿真,过孔影响,* Source: Intel PCI-Express guidelines,在上G的频率中,对一个损耗为10-15 dB的线路中,一个过孔可以贡献0.51.0 dB 的损耗.,过孔影响,Frequency,Loss (dB),特性阻抗,在高速数字电路中，可以把印制导线看作是传输线。常用的印制板传输线是微带线和带状线。 传输线最重要的特性是特性阻抗Z0。所谓特性阻抗，是指无限长的（相对于被传输信号波长而言）传输线的特性阻抗。