FPC阻抗控制
阻抗控制電子訊號傳輸電纜的應用,是FPC最適合發揮能力的應用之一。因為高速、高性能的電子產品快速增加,使用阻抗控制互連技術的產品可以期待會成長。后續內容是一些可以取得的FPC結構類型,圖8-25所示為各個類型的范例。
在制作阻抗控制線路時,精準控制遮蔽與線路間的均勻間隙并小心選擇介電質材料是必要的。在這個等級的FPC,其每單位長度電容量是均勻并符合導線的有效電感。
阻抗決定傳輸效率:當互連線路的阻抗符合裝置需要的阻抗,訊號轉換是處于最佳狀態且反射也最小。當阻抗不搭配,部分的能量會被反射,其反射的百分比與阻抗呈現比率關系:
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,則會有11%的能量(10/90)會被反射,而會有89%會被轉換。
一、共平面條線
這是以非常簡單方法產生的阻抗控制電纜,線路是以一層金屬交替制作接地與電源,這種結構相當適合比較高特性阻抗的設計,這種設計的弱點是對EMI雜訊比較敏感。
二、微條線路
微條線設計是一種兩層FPC結構,其中一層金屬是專門用來做接地用途。這種線路已經成功用在傳輸線應用,一般目標是設計成50Ω的特性阻抗,且時常被用在單一端點互連上,也可以制作比較高的特性阻抗,但是時常會損及撓曲性。
三、條線
條線線路與傳輸線電纜,也是FPC可以有相當優異表現的應用。接地層被設計在兩面,可以達到相當好的訊號整合能力。不過這種結構都不會太柔軟,這源自于使用了額外的介電質與金屬薄膜。條線結構時常被設計成100Ω,且時常被用在差動配對互連設計。
四、360°遮蔽條線
360°遮蔽條線結構,嘗試以訊號線四邊圍繞接地結構,來復制同軸電纜結構的效能。這種應用,主要是應對串顧忌比較大的結構,可以獲得最大的訊號整合效果。如果條線FPC,這種結構的硬度會比較高。
五、假同軸電纜
某些研究者進一步采用360°條線結構,利用沿著FPC長方向制作電鍍通孔或電鍍長溝作為接地結構,以進一步改善訊號線FPC遮蔽效果。
六、CAD工具與連接轉換狀況
FPC設計是件麻煩的工作,有許多特別設計元素必須要注意,以方便設計能夠容易進入制造程序。有些重要輔助技術,可以在電腦輔助設計系統中看到,比較新的CAD方案已經可以符合FPC設計者特殊需求。
由于新電子產品更強調使用FPC,CAD工具供應商如:Mentor Graphics也產生了一些新的工具來應對這些新增的需求。這些新的工具不僅幫助制作特定適當的連接,也可以面對各種機械性需求曲線布局做出避免應力提升的設計。
正確了解從連接器或元件到一片阻抗控制FPC的轉化,與關注線路阻抗表現本身一樣重要。產品時常會因為使用不當連接器或元件而產生更大訊號損失與反射,這可能比在最差導體/遮蔽/介電質FPC設計還嚴重,因此為阻抗控制軟板設計測試治具是一個相當復雜的工作。時域反射測試儀被用來檢查避免產生訊號傳輸問題,產出的測試結果當然可以做為有力證據,不過有時候也會產生誤導。
一般而言要保持期待的阻抗需要關注斷面變化,例如:從平面FPC到同軸連接器,可以用逐漸縮減斜度的導線與介電質厚度來建構。平滑斜度可以制作出高頻率的產品,要達到giga-hertz范圍則需要非常準確、講究的轉換設計,相關連接器與元件設計都可以用在與電路板進行互連。對進一步介面設計細節,最好是與專業制造商進行接觸討論。
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