PCB-designstrategier til parallelle mikrostrimmellinjer baseret på simuleringsresultater

I denne artikel præsenteres flere PCB-designstrategier til parallelle mikrostribelinjer. Den første handler om dielektrisk konstant, tabstangens og koplanar mikrostrip-routing. Den anden diskuterer applikationsspecifikke designregler for PCB-spor.

Dielektrisk konstant

Den dielektriske konstant for parallelle mikrostrimmellinjer kan beregnes ved at løse en række differentialligninger. Den dielektriske konstant h varierer som en funktion af substratets højde og bredde. Den dielektriske konstant er en vigtig egenskab ved tynde film, så det er vigtigt at få en nøjagtig værdi for den dielektriske konstant.

En simulering kan bruges til at beregne den dielektriske konstant. Simuleringsresultaterne kan sammenlignes med eksperimentelle målinger. Disse resultater er dog ikke perfekte. Unøjagtigheder kan føre til unøjagtige Dk-værdier. Det resulterer i en lavere impedans og en langsommere transmissionshastighed. Desuden er transmissionsforsinkelsen for en kort linje længere end for lange linjer.

Parallelle mikrostribelinjer er kendetegnet ved et dielektrisk substrat med en relativ dielektrisk konstant på 2,2 og et tilsvarende dielektrisk tab på 0,0009. En mikrostribelinje indeholder to parallelle mikrostribelinjer med en koblingslinje. Den indvendige side af mikrostrip-linjen er belastet med en CSRR-struktur. SRR'en overfører det elektriske felt til de fire sider af mikrostriplinjen ved hjælp af koblingslinjen.

Tangent til tab

Vi bruger en computersimuleringsmodel til at beregne tabstangenten for parallelle mikrostrimmellinjer. Vi bruger tabstangenten for en 30 mm lang strimmellinje. Derefter bruger vi længden af den ekstra strimmellinje til at opfylde stikafstanden. Det resulterer i en tabstangent på 0,0007 grader.

Simuleringsresultaterne var meget nøjagtige og viste en god overensstemmelse med de eksperimentelle resultater. Simuleringsresultaterne indikerede, at tabstangenten for en parallel mikrostrimmellinje er mellem 0,05 mm. Dette resultat blev verificeret ved yderligere beregninger. Tabstangenten er et estimat af den energi, der absorberes af strimlen. Den afhænger af resonansfrekvensen.

Ved hjælp af denne model kan vi beregne resonansfrekvensen, tabstangenten og shuntfrekvensen. Vi kan også bestemme den kritiske dækhøjde for en mikrostrimmel. Dette er en værdi, der minimerer dækhøjdens indflydelse på linjens parametre. De beregnede outputparametre er anført i afsnittet Linjetyper i vejledningen. Programmet er meget nemt at bruge og giver dig mulighed for at ændre inputparametre hurtigt og præcist. Det har markørkontrol, tuning-genveje og genvejstaster, der hjælper dig med at ændre simuleringsmodellens parametre.

Koplanar mikrostrip-routing

Koplanar mikrostrip-routing kan udføres ved hjælp af et computersimuleringsværktøj. Simuleringen kan bruges til at optimere et design eller til at tjekke for fejl. For eksempel kan en simulering afgøre, om der var en loddemaske til stede eller ej. Den kan også vise virkningen af etchback, som reducerer koblingen mellem coplanar trace og ground plane og øger impedansen.

For at kunne lave den korrekte koplanære mikrostrip-routing skal man først beregne den karakteristiske impedans mellem den koplanære bølgeleder og jorden. Det kan gøres med en aktiv lommeregner eller ved hjælp af ligningerne nederst på siden. Transmission Line Design Handbook anbefaler en sporbredde på "a" plus antallet af huller, "b". Jordforbindelsen på komponentsiden skal være bredere end b for at undgå virkningerne af EMI.

For at få nøjagtige simuleringsresultater bør man bruge en god coplanar waveguide calculator. De bedste inkluderer en coplanar waveguide calculator, der tager højde for dispersion. Denne faktor bestemmer tabet og hastigheden ved forskellige frekvenser. Desuden skal man tage højde for kobberets ruhed, som øger sammenkoblingens impedans. Den bedste beregner vil tage højde for alle disse faktorer samtidigt.

Applikationsspecifikke designregler for PCB-spor

Det elektriske feltmønster på et printkort kan designes i flere lag, enkelt, dobbelt eller flere lag. Denne type PCB-design bliver mere og mere almindeligt, især til SoC-applikationer. I dette design føres signalsporet på de inderste lag af PCB'et. Signalsporet er understøttet af jordplaner for at minimere den karakteristiske impedans.

De simulerede mikrostrip-linjer er designet med forskellige udskæringsbredder. Referencemikrostrimlen på 50 O har ingen cut-out-kompensation, mens de to andre har en diskontinuitet. Den breddevarierende cut-out bruges til impedanskompensation, og cut-out-bredden varieres gennem lineær parametrisk analyse. Udskæringsbredden er 0,674 til 2,022 mm med en præcision på 0,1685 mm.

De høje integrationskrav til parallelle mikrostrip-linjer er ofte ledsaget af krydstale. For at bekæmpe dette problem har forskere udforsket teknikker til at minimere krydstale. De har studeret dannelsesprincipperne for krydstale og identificeret faktorer, der påvirker det. En af de mest effektive metoder er at øge afstanden mellem transmissionslinjerne. Men denne metode bruger begrænset plads på ledningerne og er ikke kompatibel med integrationsretningen.