相關(guān)閱讀： 相信大家已經(jīng)看過了我的上篇謎一樣的電容之隔直通交的處女作，彈指一揮間，一周就過去了，小陳又和大家見面了（說到小陳，大家不要誤會，實在是前高速先生小陳名氣太大，大家叫我小小陳也可以）。作為新人，初來乍到，在此算是正式和大家打個招呼，以后還請大家多多關(guān)照。今天我們來了解一番電容中絕緣介質(zhì)的相對介電常數(shù)，可能有的小伙伴就要問了：“電容器生產(chǎn)出來之后，介質(zhì)都固定了，我們了解電容介質(zhì)的介電常數(shù)的影響又有什么作用呢？”請大家稍安勿躁，且聽我慢慢道來。作為攻城獅不僅僅需要關(guān)注實際電容器，更需要關(guān)注信號傳輸路徑中的電容。例如信號線對地平面構(gòu)成的電容大小會直接影響傳輸線阻抗、信號線對周圍信號線的電容大小會直接影響串?dāng)_等。 在影響電容量的3個主要因素中，極板面積和極板間距是很直觀的。然而相對介電常數(shù)看似是固定的材料屬性，但在實際場景中就比較復(fù)雜了。舉個栗子：同一塊使用FR4做為介質(zhì)的PCB,內(nèi)層的帶狀線上下兩端介質(zhì)的相對介電常數(shù)都是4，信號線感受到的相對介電常數(shù)就是材料的相對介電常數(shù)（4）。那表層的微帶線呢？一面是相對介電常數(shù)是1的空氣，一面是相對介電常數(shù)是4的FR4。那么表層微帶線感受的有效介電常數(shù)是多少呢？這里先容我賣個關(guān)子。 首先我們得知道什么是相對介電常數(shù)：介電常數(shù)是導(dǎo)體間的絕緣材料增加它們之間電容量的特性。而相對介電常數(shù)就是導(dǎo)體被絕緣材料包圍時的電容量與導(dǎo)體被空氣包圍時的電容量的比值。 相對介電常數(shù)公式如下。 當(dāng)導(dǎo)體周圍填充的是均勻介質(zhì)時，導(dǎo)體感受到的介電常數(shù)是介質(zhì)的相對介電常數(shù)，如果周圍填充的是非均勻介質(zhì)的時候，那么導(dǎo)體感受到的介電常數(shù)和兩種介質(zhì)的相對介電常數(shù)有關(guān)。這時電力線通過不同介電常數(shù)的介質(zhì)材料時所感受到的介電常數(shù)就稱為有效介電常數(shù)。 以一塊水稻田為例，當(dāng)?shù)咎锊皇┓剩ń橘|(zhì)是空氣），秋天能收獲稻谷200斤（使用空氣做介質(zhì)的電容量），當(dāng)使用化肥A（介質(zhì)是FR4）,秋天能收獲稻谷800斤(使用FR4做介質(zhì)的電容量). 那么化肥A的增產(chǎn)常數(shù)（相對介電常數(shù)）是施肥產(chǎn)量和不施肥產(chǎn)量的比值，即 800斤/200斤=4。這樣大家是不是都明白了相對介電常數(shù)是怎么來的？使用一種化肥，田的實際增產(chǎn)常數(shù)等于化肥的相對增產(chǎn)常數(shù)。 那假如這塊田一部分不施肥（介質(zhì)是空氣），一部分使用化肥A（介質(zhì)是FR4），那么怎么計算這塊田實際增產(chǎn)常數(shù)（有效介電常數(shù)）呢？計算方法如下公式。 通常有效介電常數(shù)的精確數(shù)值需要用仿真器模擬才能得出，下面提供一種使用阻抗計算軟件擬合微帶線感受到的有效介電常數(shù)的方法： PCB表層的微帶線，電力線會穿過空氣和FR4，感受到的介電常數(shù)會不同。由于介電常數(shù)會影響電容的增幅，所以介電常數(shù)的波動也直接影響電容量。因為電感則不受介質(zhì)屬性影響，所以介電常數(shù)的波動的變化會直接導(dǎo)致阻抗的變化，根據(jù)阻抗公式： 可以通過下面的方法來得到。 使用非嵌入式微帶線模型，一面接觸空氣，一面接觸FR4時的線路阻抗（猜想:此微帶線模型內(nèi)部算法是考慮了空氣的，因為空氣的參數(shù)固定所以沒有設(shè)置選項）。 2. 使用嵌入式微帶線模型，用H2模擬空氣，介電常數(shù)為1，厚度盡量大，盡量包裹所有的電力線。猜想用嵌入式微帶線的H2模擬空氣參數(shù)得到的阻抗與非嵌入式微帶線獲得的阻抗一致。 根據(jù)軟件計算的結(jié)果，兩組模型獲得的結(jié)果非常接近，證實了猜想,非嵌入微帶線模型是考慮了空氣影響的，實際上是一種特殊的嵌入式微帶線。 3.在驗證了非嵌入式微帶線模型實際是一種特殊的嵌入式微帶線后，我們用嵌入式微帶線模型進(jìn)行有效介電常數(shù)的擬合。 根據(jù)擬合結(jié)果：微帶線一面接觸空氣，一面接觸FR4時，銅厚厚度1.2MIL，如將空氣和FR4看成一個整體（一塊田），走線感受到的有效相對介電常數(shù)約是2.9（實際增產(chǎn)常數(shù)）。此方法獲得的擬合結(jié)果是近似值，帶狀線也可以用相同方式擬合。 了解了相對介電常數(shù)對電容的影響，以及多種不同相對介電常數(shù)介質(zhì)對電容的影響，有助于分析因介電常數(shù)變化引起的反射、串?dāng)_、延時等問題。其中典型就是板材的玻纖效應(yīng)：PCB常用介質(zhì)FR4是玻璃纖維布與環(huán)氧樹脂混合成的，電力線穿過這兩種介電常數(shù)不同的介質(zhì)，感受到的有效介電常數(shù)就是FR4的相對介電常數(shù)。而常用的1080、106等型號的玻璃布是網(wǎng)格狀，網(wǎng)格內(nèi)和網(wǎng)格外的玻璃纖維布與環(huán)氧樹脂的比例不同，且玻璃纖維布的相對介電常數(shù)高于環(huán)氧樹脂的相對介電常數(shù)，導(dǎo)致網(wǎng)格內(nèi)和網(wǎng)格外的有效介電常數(shù)不同。所以走在網(wǎng)格內(nèi)的信號線比走在網(wǎng)格外的信號線感受的有效介電常數(shù)更低；同時走在網(wǎng)格中的信號比玻纖布上的信號更快到達(dá)，兩信號線雖然等長但是并不等時。有效介電常數(shù)直接影響電容量，進(jìn)而影響阻抗，阻抗的突變將引起反射，這就是我們常說的玻纖效應(yīng)。? (mbbeetchina)