FPC阻抗控制
阻抗控制電子訊號(hào)傳輸電纜的應(yīng)用,是FPC最適合發(fā)揮能力的應(yīng)用之一。因?yàn)楦咚?、高性能的電子產(chǎn)品快速增加,使用阻抗控制互連技術(shù)的產(chǎn)品可以期待會(huì)成長(zhǎng)。后續(xù)內(nèi)容是一些可以取得的FPC結(jié)構(gòu)類型,圖8-25所示為各個(gè)類型的范例。
在制作阻抗控制線路時(shí),精準(zhǔn)控制遮蔽與線路間的均勻間隙并小心選擇介電質(zhì)材料是必要的。在這個(gè)等級(jí)的FPC,其每單位長(zhǎng)度電容量是均勻并符合導(dǎo)線的有效電感。
阻抗決定傳輸效率:當(dāng)互連線路的阻抗符合裝置需要的阻抗,訊號(hào)轉(zhuǎn)換是處于最佳狀態(tài)且反射也最小。當(dāng)阻抗不搭配,部分的能量會(huì)被反射,其反射的百分比與阻抗呈現(xiàn)比率關(guān)系:
R=(Z-Zd)/(Z+Zd)
此處Z是FPC的阻抗而Zd是裝置的阻抗
因此如果我們有50-Ω的裝置而它連接到40-Ω的FPC線路,則會(huì)有11%的能量(10/90)會(huì)被反射,而會(huì)有89%會(huì)被轉(zhuǎn)換。
一、共平面條線
這是以非常簡(jiǎn)單方法產(chǎn)生的阻抗控制電纜,線路是以一層金屬交替制作接地與電源,這種結(jié)構(gòu)相當(dāng)適合比較高特性阻抗的設(shè)計(jì),這種設(shè)計(jì)的弱點(diǎn)是對(duì)EMI雜訊比較敏感。
二、微條線路
微條線設(shè)計(jì)是一種兩層FPC結(jié)構(gòu),其中一層金屬是專門用來(lái)做接地用途。這種線路已經(jīng)成功用在傳輸線應(yīng)用,一般目標(biāo)是設(shè)計(jì)成50Ω的特性阻抗,且時(shí)常被用在單一端點(diǎn)互連上,也可以制作比較高的特性阻抗,但是時(shí)常會(huì)損及撓曲性。
三、條線
條線線路與傳輸線電纜,也是FPC可以有相當(dāng)優(yōu)異表現(xiàn)的應(yīng)用。接地層被設(shè)計(jì)在兩面,可以達(dá)到相當(dāng)好的訊號(hào)整合能力。不過(guò)這種結(jié)構(gòu)都不會(huì)太柔軟,這源自于使用了額外的介電質(zhì)與金屬薄膜。條線結(jié)構(gòu)時(shí)常被設(shè)計(jì)成100Ω,且時(shí)常被用在差動(dòng)配對(duì)互連設(shè)計(jì)。
四、360°遮蔽條線
360°遮蔽條線結(jié)構(gòu),嘗試以訊號(hào)線四邊圍繞接地結(jié)構(gòu),來(lái)復(fù)制同軸電纜結(jié)構(gòu)的效能。這種應(yīng)用,主要是應(yīng)對(duì)串顧忌比較大的結(jié)構(gòu),可以獲得最大的訊號(hào)整合效果。如果條線FPC,這種結(jié)構(gòu)的硬度會(huì)比較高。
五、假同軸電纜
某些研究者進(jìn)一步采用360°條線結(jié)構(gòu),利用沿著FPC長(zhǎng)方向制作電鍍通孔或電鍍長(zhǎng)溝作為接地結(jié)構(gòu),以進(jìn)一步改善訊號(hào)線FPC遮蔽效果。
六、CAD工具與連接轉(zhuǎn)換狀況
FPC設(shè)計(jì)是件麻煩的工作,有許多特別設(shè)計(jì)元素必須要注意,以方便設(shè)計(jì)能夠容易進(jìn)入制造程序。有些重要輔助技術(shù),可以在電腦輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)中看到,比較新的CAD方案已經(jīng)可以符合FPC設(shè)計(jì)者特殊需求。
由于新電子產(chǎn)品更強(qiáng)調(diào)使用FPC,CAD工具供應(yīng)商如:Mentor Graphics也產(chǎn)生了一些新的工具來(lái)應(yīng)對(duì)這些新增的需求。這些新的工具不僅幫助制作特定適當(dāng)?shù)倪B接,也可以面對(duì)各種機(jī)械性需求曲線布局做出避免應(yīng)力提升的設(shè)計(jì)。
正確了解從連接器或元件到一片阻抗控制FPC的轉(zhuǎn)化,與關(guān)注線路阻抗表現(xiàn)本身一樣重要。產(chǎn)品時(shí)常會(huì)因?yàn)槭褂貌划?dāng)連接器或元件而產(chǎn)生更大訊號(hào)損失與反射,這可能比在最差導(dǎo)體/遮蔽/介電質(zhì)FPC設(shè)計(jì)還嚴(yán)重,因此為阻抗控制軟板設(shè)計(jì)測(cè)試治具是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的工作。時(shí)域反射測(cè)試儀被用來(lái)檢查避免產(chǎn)生訊號(hào)傳輸問(wèn)題,產(chǎn)出的測(cè)試結(jié)果當(dāng)然可以做為有力證據(jù),不過(guò)有時(shí)候也會(huì)產(chǎn)生誤導(dǎo)。
一般而言要保持期待的阻抗需要關(guān)注斷面變化,例如:從平面FPC到同軸連接器,可以用逐漸縮減斜度的導(dǎo)線與介電質(zhì)厚度來(lái)建構(gòu)。平滑斜度可以制作出高頻率的產(chǎn)品,要達(dá)到giga-hertz范圍則需要非常準(zhǔn)確、講究的轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì),相關(guān)連接器與元件設(shè)計(jì)都可以用在與電路板進(jìn)行互連。對(duì)進(jìn)一步介面設(shè)計(jì)細(xì)節(jié),最好是與專業(yè)制造商進(jìn)行接觸討論。
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