PCB材料和性能评估的工具软件

2019年04月08日

一般来说,线路板材料的特性与最终电路板(PCB)的性能有很大关系,特别是在射频/微波频率下。线路板材料的参数,例如介电常数(Dk)、耗散因子(Df)、甚至连材料的厚度都会影响不同传输线(如:微带线,带状线,共面波导)在高频电路中的性能。幸运的是,有一种简单高效的工具软件,可以预测不同的高频传输线,在不同线路板材料上加工出来的表现,也就是罗杰斯公司提供的微波阻抗(MWI)计算软件。

 

这款传输线性能模拟计算工具软件,可以通过访问罗杰斯公司官方网站上的“罗杰斯技术支持中心”,免费下载到EXE格式的可执行文件。该软件可以安装在任意一台能运行Microsoft Windows 10操作系统(OS)的个人计算机(PC)上,另外它也可以从网站上运行。该软件的最新版本MWI-2019, 它是使用了闭合方程, 并根据基本线路板材料各种参数的差异(例如:Dk、厚度、以及其它材料参数),来计算特定传输线的性能。根据不同的材料特性,软件还可以计算传输线的不同性能和工作参数,包括:特征阻抗,损耗和品质因数(Q)等。该软件允许用户从线路板材料库中选择不同板材,并基于各种高频传输线技术进行计算,包括微带线,带状线,接地共面波导(GCPW),边缘耦合微带,边缘耦合带状线(或差分对带状线)和宽边耦合带状线。

软件的用户手册也可以从“罗杰斯技术支持中心”免费下载,用来帮助用户更好的使用MWI-2019软件。该软件的闭合方程可以提供非常精确的仿真,是基于在用到的一些传输线上进行了大量的测试数据。在绝大多数情况下,对于给定的线路板材料和给定传输线技术的模拟仿真结果,和实际加工出来的传输线在矢量网络分析仪(VNA)上的实际测量结果非常吻合。特别是对于一些最常用的传输线类型,例如:微带线,带状线和接地共面波导(GCPW)。

 

快速的运行速度

工具软件MWI-2019有众多的优点,除了免费和能够在普通的PC机上实现高精度之外,它的一个显著的特点是高效的运行速度。在仿真不同线路板材料的传输线时,如果采用其它商用的三维全波电磁(EM)场仿真软件,即使是采用最顶配和最新的PC机,仿真一次也可能需要几小时。但是,MWI-2019软件的编写初衷,是为了能够在常规配制的普通PC机上快速高效运行。基本上,在设置好相关参数后,只要按下软件的“计算”按钮,软件几乎能立即给出精确的仿真结果。

 

当然,EM场仿真软件通常能提供三维全波计算,可以提供比MWI-2019这样的便捷免费软件高得多的精度,其代价是采用较长的仿真时间。但MWI-2019并不是要取代EM场仿真软件。MWI-2019软件能够提供非常有用的可靠的参考结果,它的快速计算优势能够在十分短的时间内,帮助电路设计工程师在设计不同传输线电路时,正确快速选择线路板材料的DK值,厚度以及确定其它线路板材料的指标。对于给定的高频输电线路技术和电路设计,MWI-2019的仿真速度,能够让工程师在众多的线路板材料中找到最佳的电路参数。当需要更高的仿真精度并且有充足的计算时间时,工程师可以随时利用EM场仿真软件寻求更精细的仿真结果。

MWI-2019软件可以快速比较传输线在不同线路板材料上的表现,允许用户在多种材料之间进行比较和选择。例如:不同线路板材料在不同的频率下,微带电路的传输线损耗如何受到影响?当更换线路板材料时,软件将使用每种材料最接近的标准厚度,以及每种材料的最佳铜箔类型,以简化比较。如果用户有兴趣对材料的某些特定参数(如:Dk和厚度)进行分析比较,软件也可以修改这些默认标准值,让用户来自定义设置。

 

可靠的计算精度


尽管仿真速度快,但MWI-2019通过传输线特定的闭合方程和模型优化,依然可以提供非常精确的仿真结果。 用户可以使用软件内置的默认标准材料参数,也可以通过微调线路板材料参数(包括设计Dk,厚度,甚至铜导线的定义)对传输线电路和材料进行仿真计算(MWI-2019中包含了多种铜表面粗糙度模型)。在对线路板材料进行传输线分析计算之前,软件允许用户修改默认的缺省值并输入自己的值,以便在感兴趣的频率上进行自定义计算,从而快速探索不同传输线的如何随着材料和频率的选择而变化。

当用户从MWI-2019中选择线路板材料,以及线路板材料的厚度、工作频率时,MWI-2019软件通过建立的大量材料参数数据库(根据材料的厚度或z轴)中找到具体的特定的Dk值,这些Dk值是根据不同材料的频率进行实际测量而得到的。每种材料Dk值随频率变化的数据库都是根据在不同频率和线路板材料的不同厚度,测试数百个电路上的实际测量建立的。这些设计Dk值也可在很宽的频率范围内使用:软件最新版本的设计Dk值适用于100 MHz至110 GHz的频率,支持60 GHz及更高频率。例如:新兴的5G毫米波应用、蜂窝通信网络、汽车雷达安全系统等。与早期版本的软件相比,MWI-2019还包含更多可供选择的线路板材料,以及对应的大量设计Dk数据库和已针对材料进行了优化的传输线模型。

 

两种最为广泛使用的高频传输线,即微带线和带状线,也是MWI-2019中计算最精确的两种模型。根据该软件提供的仿真结果,在实际线路板材料上加工出传输线的实际测量值与仿真值几乎完全一致。对于其它类型的传输线,例如边缘耦合微带和边缘耦合带状线,尽管没有大量的测量数据来增强仿真的重复性和准确性,但是,模型和闭合方程也为提供了非常精确的结果。

您是否有设计或加工方面的疑问?罗杰斯公司的专家可以给您提供相关帮助。现在您可以登录到罗杰斯官网“技术支持中心”联系工程师获取帮助。

来源:深圳市首质诚科技有限公司

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