PCB-Design-Strategien für parallele Mikrostreifenleitungen auf der Grundlage von Simulationsergebnissen

In diesem Beitrag werden mehrere PCB-Designstrategien für parallele Mikrostreifenleitungen vorgestellt. Die erste befasst sich mit der Dielektrizitätskonstante, dem Verlusttangens und der koplanaren Mikrostreifenverlegung. Die zweite erörtert anwendungsspezifische PCB-Leiterbahn-Designregeln.

Dielektrizitätskonstante

Die Dielektrizitätskonstante von parallelen Mikrostreifenleitungen kann durch Lösung einer Reihe von Differentialgleichungen berechnet werden. Die Dielektrizitätskonstante h variiert in Abhängigkeit von der Höhe und Breite des Substrats. Die Dielektrizitätskonstante ist eine wichtige Eigenschaft von dünnen Schichten, daher ist es wichtig, einen genauen Wert für die Dielektrizitätskonstante zu erhalten.

Zur Berechnung der Dielektrizitätskonstante kann eine Simulation verwendet werden. Die Simulationsergebnisse können mit experimentellen Messungen verglichen werden. Diese Ergebnisse sind jedoch nicht perfekt. Ungenauigkeiten können zu ungenauen Dk-Werten führen. Dies führt zu einer niedrigeren Impedanz und einer langsameren Übertragungsrate. Außerdem ist die Übertragungsverzögerung für eine kurze Leitung länger als für lange Leitungen.

Parallele Mikrostreifenleitungen sind durch ein dielektrisches Substrat mit einer relativen Dielektrizitätskonstante von 2,2 und einem entsprechenden dielektrischen Verlust von 0,0009 gekennzeichnet. Eine Mikrostreifenleitung enthält zwei parallele Mikrostreifenleitungen mit einer Kopplungsleitung. Die innere Seite der Mikrostreifenleitung ist mit einer CSRR-Struktur belastet. Der SRR überträgt das elektrische Feld über die Kopplungsleitung auf die vier Seiten der Mikrostreifenleitung.

Verlusttangente

Zur Berechnung der Verlusttangente von parallelen Mikrostreifenleitungen verwenden wir ein Computersimulationsmodell. Wir verwenden den Verlusttangens für eine 30 mm lange Streifenleitung. Dann verwenden wir die Länge der zusätzlichen Streifenleitung, um den Abstand der Steckverbinder zu erfüllen. Daraus ergibt sich ein Verlusttangens von 0,0007 Grad.

Die Simulationsergebnisse waren sehr genau und zeigten eine gute Übereinstimmung mit den experimentellen Ergebnissen. Die Simulationsergebnisse zeigten, dass der Verlusttangens einer parallelen Mikrostreifenleitung zwischen 0,05 mm liegt. Dieses Ergebnis wurde durch weitere Berechnungen verifiziert. Der Verlusttangens ist ein Schätzwert für die vom Streifen absorbierte Energie. Er hängt von der Resonanzfrequenz ab.

Mit diesem Modell können wir die Resonanzfrequenz, den Verlusttangens und die Nebenschlussfrequenz berechnen. Wir können auch die kritische Überdeckungshöhe eines Mikrostreifens bestimmen. Dies ist ein Wert, der den Einfluss der Überdeckungshöhe auf die Leitungsparameter minimiert. Die berechneten Ausgabeparameter sind im Abschnitt Leitungstypen des Handbuchs aufgeführt. Das Programm ist sehr einfach zu bedienen und ermöglicht es Ihnen, die Eingabeparameter schnell und präzise zu ändern. Es verfügt über Cursor-Steuerungen, Tastenkombinationen und Hotkeys, die Sie bei der Änderung der Parameter des Simulationsmodells unterstützen.

Koplanare Mikrostreifenentflechtung

Die koplanare Mikrostreifenentflechtung kann mit einem Computersimulationsprogramm durchgeführt werden. Die Simulation kann zur Optimierung eines Entwurfs oder zur Überprüfung auf Fehler verwendet werden. Zum Beispiel kann eine Simulation feststellen, ob eine Lötmaske vorhanden war oder nicht. Außerdem kann die Auswirkung der Rückätzung aufgezeigt werden, die die Kopplung zwischen koplanarer Leiterbahn und Grundplatte verringert und die Impedanz erhöht.

Um die korrekte koplanare Mikrostreifenleitung zu erstellen, muss zunächst der Wellenwiderstand zwischen dem koplanaren Wellenleiter und der Erde berechnet werden. Dies kann mit einem aktiven Rechner oder anhand der Gleichungen am Ende der Seite erfolgen. Das Transmission Line Design Handbook empfiehlt eine Leiterbahnbreite von "a" plus die Anzahl der Lücken, "b". Die Masse auf der Komponentenseite sollte breiter als b sein, um die Auswirkungen von EMI zu vermeiden.

Um genaue Simulationsergebnisse zu erhalten, sollte man einen guten Koplanarwellenleiter-Rechner verwenden. Die besten Rechner beinhalten einen Koplanarwellenleiter-Rechner, der die Dispersion berücksichtigt. Dieser Faktor bestimmt den Verlust und die Geschwindigkeit bei verschiedenen Frequenzen. Außerdem muss die Kupferrauhigkeit berücksichtigt werden, die die Impedanz der Verbindung erhöht. Der beste Rechner berücksichtigt alle diese Faktoren gleichzeitig.

Anwendungsspezifische PCB-Leiterbahn-Designregeln

Das elektrische Feldmuster auf einer Leiterplatte kann auf mehreren Lagen, ein-, zwei- oder mehrlagig, gestaltet werden. Diese Art des PCB-Designs wird immer häufiger verwendet, insbesondere für SoC-Anwendungen. Bei diesem Design wird die Signalbahn auf den inneren Lagen der Leiterplatte verlegt. Die Signalbahn wird durch Masseflächen unterstützt, um den Wellenwiderstand zu minimieren.

Die simulierten Microstrip-Leitungen sind mit unterschiedlichen Ausschnittbreiten ausgelegt. Die Referenz-Mikrostreifenleitung mit 50 O hat keine Ausschnittkompensation, während die beiden anderen eine Diskontinuität haben. Für die Impedanzkompensation wird eine sich in der Breite verändernde Aussparung verwendet, und die Aussparungsbreite wird durch lineare parametrische Analyse variiert. Die Breite des Ausschnitts beträgt 0,674 bis 2,022 mm mit einer Genauigkeit von 0,1685 mm.

Die hohen Integrationsanforderungen von parallelen Mikrostreifenleitungen gehen häufig mit Übersprechen einher. Um dieses Problem zu bekämpfen, haben Forscher Techniken zur Minimierung des Übersprechens erforscht. Sie haben die Entstehungsprinzipien des Übersprechens untersucht und Faktoren ermittelt, die es beeinflussen. Eine der wirksamsten Methoden ist die Vergrößerung des Abstands zwischen den Übertragungsleitungen. Diese Methode beansprucht jedoch nur begrenzten Verdrahtungsraum und ist nicht mit der Integrationsrichtung vereinbar.