相信大家已經(jīng)看過(guò)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(guò)去了，小陳又和大家見(jiàn)面了（說(shuō)到小陳，大家不要誤會(huì )，實(shí)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(lái)乍到，在此算是正式和大家打個(gè)招呼，以后還請大家多多關(guān)照。今天我們來(lái)了解一番電容中絕緣介質(zhì)的相對介電常數，可能有的小伙伴就要問(wèn)了：“電容器生產(chǎn)出來(lái)之后，介質(zhì)都固定了，我們了解電容介質(zhì)的介電常數的影響又有什么作用呢？”請大家稍安勿躁，且聽(tīng)我慢慢道來(lái)。作為攻城獅不僅僅需要關(guān)注實(shí)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(xiàn)對地平面構成的電容大小會(huì )直接影響傳輸線(xiàn)阻抗、信號線(xiàn)對周?chē)盘柧€(xiàn)的電容大小會(huì )直接影響串擾等。
在影響電容量的3個(gè)主要因素中，極板面積和極板間距是很直觀(guān)的。然而相對介電常數看似是固定的材料屬性，但在實(shí)際場(chǎng)景中就比較復雜了。舉個(gè)栗子：同一塊使用FR4做為介質(zhì)的PCB,內層的帶狀線(xiàn)上下兩端介質(zhì)的相對介電常數都是4，信號線(xiàn)感受到的相對介電常數就是材料的相對介電常數（4）。那表層的微帶線(xiàn)呢？一面是相對介電常數是1的空氣，一面是相對介電常數是4的FR4。那么表層微帶線(xiàn)感受的有效介電常數是多少呢？這里先容我賣(mài)個(gè)關(guān)子。
首先我們得知道什么是相對介電常數：介電常數是導體間的絕緣材料增加它們之間電容量的特性。而相對介電常數就是導體被絕緣材料包圍時(shí)的電容量與導體被空氣包圍時(shí)的電容量的比值。
相對介電常數公式如下。
當導體周?chē)畛涞氖蔷鶆蚪橘|(zhì)時(shí)，導體感受到的介電常數是介質(zhì)的相對介電常數，如果周?chē)畛涞氖欠蔷鶆蚪橘|(zhì)的時(shí)候，那么導體感受到的介電常數和兩種介質(zhì)的相對介電常數有關(guān)。這時(shí)電力線(xiàn)通過(guò)不同介電常數的介質(zhì)材料時(shí)所感受到的介電常數就稱(chēng)為有效介電常數。
以一塊水稻田為例，當稻田不施肥（介質(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（相對介電常數）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是怎么來(lái)的？使用一種化肥，田的實(shí)際增產(chǎn)常數等于化肥的相對增產(chǎn)常數。
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(shí)際增產(chǎn)常數（有效介電常數）呢？計算方法如下公式。
通常有效介電常數的精 確數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(xiàn)感受到的有效介電常數的方法：
PCB表層的微帶線(xiàn)，電力線(xiàn)會(huì )穿過(guò)空氣和FR4，感受到的介電常數會(huì )不同。由于介電常數會(huì )影響電容的增幅，所以介電常數的波動(dòng)也直接影響電容量。因為電感則不受介質(zhì)屬性影響，所以介電常數的波動(dòng)的變化會(huì )直接導致阻抗的變化，根據阻抗公式：
可以通過(guò)下面的方法來(lái)得到。
使用非嵌入式微帶線(xiàn)模型，一面接觸空氣，一面接觸FR4時(shí)的線(xiàn)路阻抗（猜想:此微帶線(xiàn)模型內部算法是考慮了空氣的，因為空氣的參數固定所以沒(méi)有設置選項）。
根據擬合結果：微帶線(xiàn)一面接觸空氣，一面接觸FR4時(shí)，銅厚厚度1.2MIL，如將空氣和FR4看成一個(gè)整體（一塊田），走線(xiàn)感受到的有效相對介電常數約是2.9（實(shí)際增產(chǎn)常數）。此方法獲得的擬合結果是近似值，帶狀線(xiàn)也可以用相同方式擬合。
了解了相對介電常數對電容的影響，以及多種不同相對介電常數介質(zhì)對電容的影響，有助于分析因介電常數變化引起的反射、串擾、延時(shí)等問(wèn)題。其中典型就是板材的玻纖效應：PCB常用介質(zhì)FR4是玻璃纖維布與環(huán)氧樹(shù)脂混合成的，電力線(xiàn)穿過(guò)這兩種介電常數不同的介質(zhì)，感受到的有效介電常數就是FR4的相對介電常數。而常用的1080、106等型號的玻璃布是網(wǎng)格狀，網(wǎng)格內和網(wǎng)格外的玻璃纖維布與環(huán)氧樹(shù)脂的比例不同，且玻璃纖維布的相對介電常數高于環(huán)氧樹(shù)脂的相對介電常數，導致網(wǎng)格內和網(wǎng)格外的有效介電常數不同。所以走在網(wǎng)格內的信號線(xiàn)比走在網(wǎng)格外的信號線(xiàn)感受的有效介電常數更低；同時(shí)走在網(wǎng)格中的信號比玻纖布上的信號更快到達，兩信號線(xiàn)雖然等長(cháng)但是并不等時(shí)。有效介電常數直接影響電容量，進(jìn)而影響阻抗，阻抗的突變將引起反射，這就是我們常說(shuō)的玻纖效應。