Strategie návrhu DPS pro paralelní mikropáskové linky na základě výsledků simulace

V tomto článku je představeno několik strategií návrhu desek plošných spojů pro paralelní mikropáskové vedení. První z nich se zabývá dielektrickou konstantou, ztrátovým tangensem a koplanárním vedením mikropásků. Druhá se zabývá pravidly pro návrh tras PCB specifickými pro danou aplikaci.

Dielektrická konstanta

Dielektrickou konstantu paralelních mikropásů lze vypočítat řešením řady diferenciálních rovnic. Dielektrická konstanta h se mění jako funkce výšky a šířky substrátu. Dielektrická konstanta je důležitou vlastností tenkých vrstev, proto je důležité získat přesnou hodnotu dielektrické konstanty.

K výpočtu dielektrické konstanty lze použít simulaci. Výsledky simulace lze porovnat s experimentálními měřeními. Tyto výsledky však nejsou dokonalé. Nepřesnosti mohou vést k nepřesným hodnotám Dk. To má za následek nižší impedanci a pomalejší přenosovou rychlost. Kromě toho je přenosové zpoždění u krátkého vedení delší než u vedení dlouhého.

Paralelní mikropásy jsou charakterizovány dielektrickým substrátem s relativní dielektrickou konstantou 2,2 a odpovídající dielektrickou ztrátou 0,0009. Mikropáskové vedení obsahuje dvě paralelní mikropásková vedení se spojovacím vedením. Vnitřní strana mikropáskového vedení je zatížena strukturou CSRR. SRR přenáší elektrické pole na čtyři strany mikropáskového vedení pomocí vazebního vedení.

Ztrátová tečna

Pro výpočet ztrátového tangensu paralelních mikropásů používáme počítačový simulační model. Používáme tangens ztrát pro 30 mm dlouhé páskové vedení. Poté použijeme délku dalšího páskového vedení, abychom vyhověli rozteči konektorů. Výsledkem je ztrátový tangens 0,0007 stupně.

Výsledky simulace byly velmi přesné a vykazovaly dobrou shodu s experimentálními výsledky. Výsledky simulace ukázaly, že tečna ztrát paralelního mikropáskového vedení se pohybuje mezi 0,05 mm. Tento výsledek byl ověřen dalšími výpočty. Ztrátový tangens je odhadem energie absorbované páskem. Závisí na rezonanční frekvenci.

Pomocí tohoto modelu můžeme vypočítat rezonanční frekvenci, tangens ztrát a boční frekvenci. Můžeme také určit kritickou výšku krytí mikropásku. To je hodnota, která minimalizuje vliv výšky krytí na parametry vedení. Vypočtené výstupní parametry jsou uvedeny v části příručky Typy vedení. Program se velmi snadno používá a umožňuje rychlou a přesnou úpravu vstupních parametrů. Má ovládací prvky kurzoru, ladicí zkratky a horké klávesy, které vám pomohou při změně parametrů simulačního modelu.

Koplanární mikropáskové směrování

Koplanární mikropáskové směrování lze provést pomocí počítačového simulačního nástroje. Simulace může sloužit k optimalizaci návrhu nebo ke kontrole chyb. Simulace může například určit, zda byla přítomna pájecí maska, či nikoli. Také může ukázat vliv leptání, které snižuje vazbu mezi koplanární stopou a zemní rovinou a zvyšuje impedanci.

Pro správné koplanární mikropáskové vedení je třeba nejprve vypočítat charakteristickou impedanci mezi koplanárním vlnovodem a zemí. To lze provést pomocí aktivní kalkulačky nebo pomocí rovnic v dolní části stránky. Příručka Transmission Line Design Handbook doporučuje šířku dráhy "a" plus počet mezer "b". Zem na straně součástky by měla být širší než "b", aby se zabránilo účinkům elektromagnetického rušení.

Pro získání přesných výsledků simulace je třeba použít dobrý kalkulátor koplanárního vlnovodu. Nejlepší z nich obsahují kalkulátor koplanárního vlnovodu, který zohledňuje disperzi. Tento faktor určuje ztráty a rychlost různých frekvencí. Dále je třeba zohlednit drsnost mědi, která zvyšuje impedanci propojení. Nejlepší kalkulačka zohlední všechny tyto faktory současně.

Pravidla pro navrhování stop PCB specifická pro dané aplikace

Vzor elektrického pole na desce plošných spojů může být navržen ve více vrstvách, jedno-, dvou- nebo vícevrstvých. Tento typ návrhu DPS je stále běžnější, zejména pro aplikace SoC. V tomto návrhu je signálová stopa vedena po vnitřních vrstvách DPS. Signální stopa je podložena zemnicími rovinami, aby se minimalizovala charakteristická impedance.

Simulovaná mikropásková vedení jsou navržena s různými šířkami výřezů. Referenční mikropáskové vedení 50 O nemá žádnou kompenzaci výřezu, zatímco ostatní dvě mají přerušení. Šířkově proměnný výřez se používá pro impedanční kompenzaci a šířka výřezu se mění pomocí lineární parametrické analýzy. Šířka výřezu je 0,674 až 2,022 mm s přesností 0,1685 mm.

Vysoké požadavky na integraci paralelních mikropáskových vedení jsou často doprovázeny přeslechy. Vědci se snaží s tímto problémem bojovat a zkoumají techniky, jak přeslechy minimalizovat. Studovali principy vzniku přeslechů a identifikovali faktory, které je ovlivňují. Jednou z nejúčinnějších metod je zvětšení vzdálenosti mezi přenosovými vedeními. Tato metoda však využívá omezený prostor pro vedení a není kompatibilní se směrem integrace.