Strategie projektowania PCB dla równoległych mikrolinii na podstawie wyników symulacji

W artykule przedstawiono kilka strategii projektowania PCB dla równoległych linii mikropaskowych. Pierwsza z nich dotyczy stałej dielektrycznej, tangensa strat i koplanarnego prowadzenia mikropasków. Druga omawia zasady projektowania ścieżek PCB specyficznych dla aplikacji.

Stała dielektryczna

Stałą dielektryczną równoległych linii mikropasków można obliczyć, rozwiązując serię równań różniczkowych. Stała dielektryczna h zmienia się w funkcji wysokości i szerokości podłoża. Stała dielektryczna jest ważną właściwością cienkich warstw, dlatego ważne jest, aby uzyskać dokładną wartość stałej dielektrycznej.

Do obliczenia stałej dielektrycznej można wykorzystać symulację. Wyniki symulacji można porównać z pomiarami eksperymentalnymi. Wyniki te nie są jednak doskonałe. Niedokładności mogą prowadzić do niedokładnych wartości Dk. Skutkuje to niższą impedancją i wolniejszą szybkością transmisji. Ponadto opóźnienie transmisji dla krótkiej linii jest dłuższe niż dla długich linii.

Równoległe linie mikropaskowe charakteryzują się podłożem dielektrycznym o względnej stałej dielektrycznej 2,2 i odpowiadającej jej stratności dielektrycznej 0,0009. Linia mikropaskowa zawiera dwie równoległe linie mikropaskowe z linią sprzęgającą. Wewnętrzna strona linii mikropaskowej jest obciążona strukturą CSRR. SRR przenosi pole elektryczne na cztery strony linii mikropaskowej za pomocą linii sprzęgającej.

Styczna strat

Aby obliczyć styczną strat równoległych linii mikropasków, używamy komputerowego modelu symulacyjnego. Używamy stycznej strat dla linii paskowej o długości 30 mm. Następnie używamy długości dodatkowej linii pasków, aby spełnić wymagania dotyczące odstępów między złączami. Daje to styczną strat równą 0,0007 stopnia.

Wyniki symulacji były bardzo dokładne i wykazały dobrą zgodność z wynikami eksperymentalnymi. Wyniki symulacji wykazały, że styczna strat równoległej linii mikropasków wynosi 0,05 mm. Wynik ten został zweryfikowany przez dalsze obliczenia. Styczna strat jest oszacowaniem energii pochłanianej przez pasek. Zależy on od częstotliwości rezonansowej.

Korzystając z tego modelu, możemy obliczyć częstotliwość rezonansową, styczną strat i częstotliwość bocznika. Możemy również określić krytyczną wysokość pokrycia mikropasków. Jest to wartość, która minimalizuje wpływ wysokości osłony na parametry linii. Obliczone parametry wyjściowe są wymienione w sekcji Typy linii w przewodniku. Program jest bardzo łatwy w użyciu, umożliwiając szybką i dokładną modyfikację parametrów wejściowych. Posiada elementy sterujące kursorem, skróty strojenia i skróty klawiszowe, które pomagają w zmianie parametrów modelu symulacyjnego.

Koplanarny routing mikropaskowy

Trasowanie mikropaskowe Coplanar można wykonać za pomocą narzędzia do symulacji komputerowej. Symulacja może być wykorzystana do optymalizacji projektu lub sprawdzenia błędów. Na przykład, symulacja może określić, czy maska lutownicza była obecna, czy nie. Może również pokazać wpływ wytrawiania, które zmniejsza sprzężenie między ścieżką koplanarną a płaszczyzną uziemienia i zwiększa impedancję.

Aby prawidłowo poprowadzić mikropasek koplanarny, należy najpierw obliczyć impedancję charakterystyczną między falowodem koplanarnym a uziemieniem. Można to zrobić za pomocą aktywnego kalkulatora lub korzystając z równań na dole strony. Podręcznik projektowania linii transmisyjnych zaleca szerokość ścieżki "a" plus liczbę przerw "b". Uziemienie po stronie komponentu powinno być szersze niż b, aby uniknąć wpływu EMI.

Aby uzyskać dokładne wyniki symulacji, należy użyć dobrego kalkulatora falowodów koplanarnych. Najlepsze z nich zawierają kalkulator falowodu koplanarnego, który uwzględnia dyspersję. Czynnik ten określa straty i prędkość dla różnych częstotliwości. Ponadto należy uwzględnić chropowatość miedzi, która zwiększa impedancję połączenia. Najlepszy kalkulator uwzględnia wszystkie te czynniki jednocześnie.

Zasady projektowania ścieżek PCB dla konkretnych zastosowań

Wzór pola elektrycznego na płytce PCB może być zaprojektowany na wielu warstwach, pojedynczych, podwójnych lub wielowarstwowych. Ten typ konstrukcji PCB staje się coraz bardziej powszechny, zwłaszcza w zastosowaniach SoC. W tym projekcie ścieżka sygnału jest poprowadzona na wewnętrznych warstwach płytki drukowanej. Ścieżka sygnału jest wspierana przez płaszczyzny uziemienia, aby zminimalizować impedancję charakterystyczną.

Symulowane linie mikropaskowe zostały zaprojektowane z różnymi szerokościami wycięcia. Referencyjna mikropaskowa 50 O nie ma kompensacji wycięcia, podczas gdy pozostałe dwie mają nieciągłość. Wycięcie o zmiennej szerokości służy do kompensacji impedancji, a szerokość wycięcia jest zmieniana za pomocą liniowej analizy parametrycznej. Szerokość wycięcia wynosi od 0,674 do 2,022 mm z dokładnością do 0,1685 mm.

Wysokim wymaganiom integracyjnym równoległych linii mikropaskowych często towarzyszą przesłuchy. Aby zwalczyć ten problem, naukowcy badali techniki minimalizacji przesłuchów. Zbadali oni zasady powstawania przesłuchów i zidentyfikowali czynniki, które na nie wpływają. Jedną z najskuteczniejszych metod jest zwiększenie odstępów między liniami transmisyjnymi. Metoda ta wykorzystuje jednak ograniczoną przestrzeń na okablowanie i nie jest zgodna z kierunkiem integracji.