PCB-ontwerpstrategieën voor parallelle microstroken op basis van simulatieresultaten

In dit artikel worden verschillende PCB-ontwerpstrategieën voor parallelle microstriplijnen gepresenteerd. De eerste behandelt diëlektrische constante, verlies tangens en Coplanaire microstrip routing. De tweede bespreekt toepassingsspecifieke PCB ontwerpregels.

Diëlektrische constante

De diëlektrische constante van parallelle microstrooklijnen kan worden berekend door een reeks differentiaalvergelijkingen op te lossen. De diëlektrische constante h varieert als functie van de hoogte en breedte van het substraat. De diëlektrische constante is een belangrijke eigenschap van dunne films, dus het is belangrijk om een nauwkeurige waarde voor de diëlektrische constante te verkrijgen.

Een simulatie kan worden gebruikt om de diëlektrische constante te berekenen. De simulatieresultaten kunnen vergeleken worden met experimentele metingen. Deze resultaten zijn echter niet perfect. Onnauwkeurigheden kunnen leiden tot onnauwkeurige Dk-waarden. Dit resulteert in een lagere impedantie en een lagere transmissiesnelheid. Bovendien is de transmissievertraging voor een korte lijn langer dan voor lange lijnen.

Parallelle microstriplijnen worden gekenmerkt door een diëlektrisch substraat met een relatieve diëlektrische constante van 2,2 en een overeenkomstig diëlektrisch verlies van 0,0009. Een microstriplijn bevat twee parallelle microstriplijnen met een koppellijn. De binnenzijde van de microstriplijn wordt belast met een CSRR-structuur. De SRR brengt het elektrische veld over naar de vier zijden van de microstriplijn door middel van de koppellijn.

Raaklijn van het verlies

Om de verlies-tangens van parallelle microstroken te berekenen, gebruiken we een computersimulatiemodel. We gebruiken de verlies-tangens voor een 30 mm lange striplijn. Vervolgens gebruiken we de lengte van de extra striplijn om te voldoen aan de connectorafstand. Dit resulteert in een verlies-tangens van 0,0007 graden.

De simulatieresultaten waren zeer nauwkeurig en kwamen goed overeen met de experimentele resultaten. De simulatieresultaten gaven aan dat de verlies-tangens van een parallelle microstriplijn tussen 0,05 mm ligt. Dit resultaat werd geverifieerd door verdere berekeningen. De verlies-tangens is een schatting van de energie die door de strip wordt geabsorbeerd. Deze is afhankelijk van de resonantiefrequentie.

Met behulp van dit model kunnen we de resonantiefrequentie, de verlies-tangens en de shuntfrequentie berekenen. We kunnen ook de kritische dekhoogte van een microstrip bepalen. Dit is een waarde die de invloed van de bekledingshoogte op de lijnparameters minimaliseert. De berekende uitvoerparameters staan vermeld in het hoofdstuk Lijntypen van de handleiding. Het programma is zeer eenvoudig te gebruiken, zodat je invoerparameters snel en nauwkeurig kunt aanpassen. Het heeft cursorbesturingselementen, sneltoetsen en sneltoetsen om u te helpen bij het wijzigen van de parameters van het simulatiemodel.

Coplanaire microstriproutering

Coplanaire microstriproutering kan worden uitgevoerd met behulp van een computersimulatieprogramma. De simulatie kan gebruikt worden om een ontwerp te optimaliseren of om fouten op te sporen. Een simulatie kan bijvoorbeeld bepalen of er een soldeermasker aanwezig was of niet. Het kan ook het effect van etchback laten zien, dat de koppeling tussen coplanaire sporen en de massaplaat vermindert en de impedantie verhoogt.

Om de juiste coplanaire microstriproutering te maken, moet eerst de karakteristieke impedantie tussen de coplanaire golfgeleider en massa worden berekend. Dit kan gedaan worden met een actieve calculator of met behulp van de vergelijkingen onderaan de pagina. Het Transmission Line Design Handbook beveelt een spoorbreedte aan van "a" plus het aantal openingen, "b". De massa aan de componentzijde moet breder zijn dan b om de effecten van EMI te vermijden.

Om nauwkeurige simulatieresultaten te krijgen, moet je een goede coplanaire golfgeleiderekenmachine gebruiken. De beste calculators bevatten een coplanaire golfgeleider die rekening houdt met dispersie. Deze factor bepaalt het verlies en de snelheid van verschillende frequenties. Verder moet men rekening houden met de ruwheid van het koper, die bijdraagt aan de impedantie van de interconnectie. De beste calculator houdt met al deze factoren tegelijk rekening.

Toepassingsspecifieke ontwerpregels voor PCB-sporen

Het elektrische veldpatroon op een PCB kan worden ontworpen op meerdere lagen, enkelvoudig, dubbel of meerlagig. Dit type PCB-ontwerp wordt steeds gebruikelijker, vooral voor SoC-toepassingen. In dit ontwerp wordt het signaalspoor op de binnenste lagen van de printplaat geleid. Het signaalspoor wordt ondersteund door massaplaten om de karakteristieke impedantie te minimaliseren.

De gesimuleerde microstriplijnen zijn ontworpen met verschillende cut-out breedtes. De referentie 50 O microstrip heeft geen cut-out compensatie, terwijl de andere twee een discontinuïteit hebben. De in breedte variërende scheidingslijn wordt gebruikt voor impedantiecompensatie en de scheidingslijnbreedte wordt gevarieerd door lineaire parametrische analyse. De uitsnijdbreedte is 0,674 tot 2,022 mm met een precisie van 0,1685 mm.

De hoge integratievereisten van parallelle microstriplijnen gaan vaak gepaard met overspraak. Om dit probleem te bestrijden, hebben onderzoekers technieken onderzocht om overspraak te minimaliseren. Ze hebben de vormingsprincipes van overspraak bestudeerd en factoren geïdentificeerd die dit beïnvloeden. Een van de meest effectieve methoden is het vergroten van de afstand tussen transmissielijnen. Deze methode gebruikt echter beperkte bedradingsruimte en is niet compatibel met de richting van integratie.