PCB-suunnittelustrategiat rinnakkaisille mikroliuskajohdoille simulointitulosten perusteella

Tässä asiakirjassa esitellään useita piirilevysuunnittelustrategioita rinnakkaisille mikroliuskajohdoille. Ensimmäisessä käsitellään dielektrisyysvakio, häviötangentti ja koplanaarinen mikroliuskajohdinreititys. Toisessa käsitellään sovelluskohtaisia PCB-jäljen suunnittelusääntöjä.

Dielektrisyysvakio

Rinnakkaisten mikroliuskajohtojen dielektrisyysvakio voidaan laskea ratkaisemalla sarja differentiaaliyhtälöitä. Dielektrisyysvakio h vaihtelee substraatin korkeuden ja leveyden funktiona. Dielektrisyysvakio on ohutkalvojen tärkeä ominaisuus, joten on tärkeää saada tarkka arvo dielektrisyysvakiolle.

Dielektrisyysvakion laskemiseen voidaan käyttää simulointia. Simuloinnin tuloksia voidaan verrata kokeellisiin mittauksiin. Nämä tulokset eivät kuitenkaan ole täydellisiä. Epätarkkuudet voivat johtaa epätarkkoihin Dk-arvoihin. Tämä johtaa alhaisempaan impedanssiin ja hitaampaan siirtonopeuteen. Lisäksi lyhyen linjan siirtoviive on pidempi kuin pitkän linjan.

Rinnakkaisille mikroliuskajohdoille on ominaista dielektrinen substraatti, jonka suhteellinen dielektrisyysvakio on 2,2 ja vastaava dielektrinen häviö 0,0009. Mikroliuskajohto sisältää kaksi rinnakkaista mikroliuskajohtoa, joissa on kytkentäjohto. Mikroliuskajohdon sisäpuoli on kuormitettu CSRR-rakenteella. SRR siirtää sähkökentän mikroliuskajohdon neljälle sivulle kytkentäjohdon avulla.

Tangentti tappio

Laskemme yhdensuuntaisten mikroliuskajohtojen häviötangentin tietokoneen simulointimallilla. Käytämme häviötangenttia 30 mm:n pituiselle nauhalinjalle. Sen jälkeen käytämme ylimääräisen nauhalinjan pituutta liittimien välisen etäisyyden täyttämiseksi. Näin saadaan häviötangentiksi 0,0007 astetta.

Simulointitulokset olivat erittäin tarkkoja ja vastasivat hyvin kokeellisia tuloksia. Simulointitulokset osoittivat, että yhdensuuntaisen mikroliuskajohdon häviötangentti on välillä 0,05 mm. Tämä tulos varmistettiin tarkemmilla laskelmilla. Häviötangentti on arvio nauhan absorboimasta energiasta. Se riippuu resonanssitaajuudesta.

Tämän mallin avulla voimme laskea resonanssitaajuuden, häviötangentin ja shunttitaajuuden. Voimme myös määrittää mikroliuskajohdon kriittisen peitekorkeuden. Tämä on arvo, joka minimoi peitekorkeuden vaikutuksen linjan parametreihin. Lasketut lähtöparametrit on lueteltu oppaan kohdassa Linjatyypit. Ohjelma on erittäin helppokäyttöinen, ja sen avulla voit muokata syöttöparametreja nopeasti ja tarkasti. Ohjelmassa on kursoriohjaimet, virityspikavalinnat ja pikanäppäimet, jotka auttavat sinua simulointimallin parametrien muuttamisessa.

Koplanaarinen mikroliuska reititys

Koplanaarinen mikroliuska reititys voidaan suorittaa tietokoneen simulointityökalun avulla. Simulointia voidaan käyttää suunnittelun optimointiin tai virheiden tarkistamiseen. Simuloinnilla voidaan esimerkiksi määrittää, oliko juotosmaski läsnä vai ei. Se voi myös osoittaa etchbackin vaikutuksen, joka vähentää koplanaarisen jäljen ja maatason välistä kytkentää ja lisää impedanssia.

Oikean koplanaarisen mikroliuskajohdon reitityksen tekemistä varten on ensin laskettava koplanaarisen aaltojohdon ja maan välinen ominaisimpedanssi. Tämä voidaan tehdä aktiivilaskimella tai käyttämällä sivun alareunassa olevia yhtälöitä. Siirtojohtojen suunnittelukäsikirjassa suositellaan raideleveydeksi "a" plus aukkojen määrä "b". Komponenttipuolen maan tulisi olla leveämpi kuin b, jotta vältetään EMI-vaikutukset.

Tarkkojen simulointitulosten saamiseksi on käytettävä hyvää koplanaarisen aaltojohtimen laskinta. Parhaat sisältävät koplanaarisen aaltojohtimen laskimen, joka ottaa huomioon dispersion. Tämä tekijä määrittää häviön ja nopeuden eri taajuuksilla. Lisäksi on otettava huomioon kuparin karheus, joka lisää kytkentäimpedanssia. Paras laskin ottaa huomioon kaikki nämä tekijät samanaikaisesti.

Sovelluskohtaiset PCB-jäljen suunnittelusäännöt

Piirilevyn sähkökenttäkuvio voidaan suunnitella useille kerroksille, yksi-, kaksi- tai monikerroksisille. Tämäntyyppinen piirilevysuunnittelu on yleistymässä erityisesti SoC-sovelluksissa. Tässä suunnittelussa signaalijälki reititetään piirilevyn sisemmille kerroksille. Signaalijohdon takana on maatasot ominaisimpedanssin minimoimiseksi.

Simuloidut mikroliuskajohdot on suunniteltu eri leikkuuleveyksillä. Vertailumikroliuska 50 O:n mikroliuskajohdossa ei ole leikkauskompensaatiota, kun taas kahdessa muussa on epäjatkuvuus. Leveyttä muuttavaa katkaisua käytetään impedanssikompensointiin, ja katkaisun leveyttä vaihdellaan lineaarisen parametrisen analyysin avulla. Leikkausleveys on 0,674-2,022 mm, ja sen tarkkuus on 0,1685 mm.

Rinnakkaisten mikroliuskajohtojen korkeisiin integrointivaatimuksiin liittyy usein ristikkäisviestintää. Tämän ongelman torjumiseksi tutkijat ovat tutkineet tekniikoita ristikkäisviestinnän minimoimiseksi. He ovat tutkineet ristikkäisvärähtelyn muodostumisperiaatteita ja tunnistaneet siihen vaikuttavia tekijöitä. Yksi tehokkaimmista menetelmistä on siirtojohtojen välisen etäisyyden kasvattaminen. Tämä menetelmä käyttää kuitenkin rajoitettua johdotustilaa, eikä se ole yhteensopiva integrointisuunnan kanssa.