Estratégias de conceção de PCB para linhas de microfitas paralelas com base em resultados de simulação

Neste documento são apresentadas várias estratégias de conceção de PCB para linhas de microfita paralelas. A primeira aborda a constante dieléctrica, a tangente de perda e o encaminhamento de microfitas coplanares. A segunda aborda as regras de conceção de traços de PCB para aplicações específicas.

Constante dieléctrica

A constante dieléctrica de linhas de microfitas paralelas pode ser calculada através da resolução de uma série de equações diferenciais. A constante dieléctrica h varia em função da altura e da largura do substrato. A constante dieléctrica é uma propriedade importante das películas finas, pelo que é importante obter um valor exato para a constante dieléctrica.

Pode ser utilizada uma simulação para calcular a constante dieléctrica. Os resultados da simulação podem ser comparados com medições experimentais. No entanto, estes resultados não são perfeitos. As imprecisões podem levar a valores Dk incorrectos. Isto resulta numa impedância mais baixa e numa taxa de transmissão mais lenta. Além disso, o atraso de transmissão para uma linha curta é maior do que para linhas longas.

As linhas de microfita paralelas são caracterizadas por um substrato dielétrico com uma constante dieléctrica relativa de 2,2 e uma perda dieléctrica correspondente de 0,0009. Uma linha microstrip contém duas linhas microstrip paralelas com uma linha de acoplamento. O lado interno da linha microstrip é carregado com uma estrutura CSRR. O CSRR transfere o campo elétrico para os quatro lados da linha microstrip por meio da linha de acoplamento.

Tangente de perda

Para calcular a tangente de perda de linhas de microfitas paralelas, utilizamos um modelo de simulação por computador. Utilizamos a tangente de perda para uma linha de tiras de 30 mm de comprimento. Depois, utilizamos o comprimento da linha de fita adicional para satisfazer o espaçamento do conetor. Isto resulta numa tangente de perda de 0,0007 graus.

Os resultados da simulação foram muito exactos e mostraram uma boa concordância com os resultados experimentais. Os resultados da simulação indicaram que a tangente de perda de uma linha de microfitas paralelas se situa entre 0,05 mm. Este resultado foi verificado por cálculos adicionais. A tangente de perda é uma estimativa da energia absorvida pela tira. Depende da frequência de ressonância.

Utilizando este modelo, podemos calcular a frequência ressonante, a tangente de perda e a frequência de derivação. Também podemos determinar a altura crítica da cobertura de uma microfita. Este é um valor que minimiza a influência da altura da cobertura nos parâmetros da linha. Os parâmetros de saída calculados estão listados na secção Tipos de Linha do guia. O programa é muito fácil de utilizar, permitindo-lhe modificar os parâmetros de entrada de forma rápida e precisa. Tem controlos de cursor, atalhos de afinação e teclas de atalho para o ajudar a alterar os parâmetros do modelo de simulação.

Encaminhamento de microstrip coplanar

O encaminhamento de microstrip coplanar pode ser efectuado utilizando uma ferramenta de simulação informática. A simulação pode ser utilizada para otimizar um desenho ou para verificar a existência de erros. Por exemplo, uma simulação pode determinar se uma máscara de solda estava presente ou não. Além disso, pode mostrar o impacto do etchback, que reduz o acoplamento entre o traço coplanar e o plano de terra e aumenta a impedância.

Para fazer o roteamento correto da microstrip coplanar, é preciso primeiro calcular a impedância caraterística entre a guia de onda coplanar e o terra. Isso pode ser feito com uma calculadora ativa ou usando as equações na parte inferior da página. O Transmission Line Design Handbook recomenda uma largura de pista de "a" mais o número de lacunas, "b". O terra do lado do componente deve ser mais largo que b para evitar os efeitos da EMI.

Para obter resultados de simulação exactos, é necessário utilizar uma boa calculadora de guias de onda coplanares. As melhores incluem uma calculadora de guia de onda coplanar que tem em conta a dispersão. Este fator determina a perda e a velocidade de diferentes frequências. Além disso, é necessário ter em conta a rugosidade do cobre, que aumenta a impedância da interligação. A melhor calculadora terá em conta todos estes factores em simultâneo.

Regras de conceção de traços de PCB específicos da aplicação

O padrão do campo elétrico numa placa de circuito impresso pode ser concebido em várias camadas, simples, duplas ou multicamadas. Este tipo de conceção de PCB está a tornar-se mais comum, especialmente para aplicações SoC. Nesta conceção, o traço de sinal é encaminhado para as camadas interiores da placa de circuito impresso. O traço de sinal é apoiado por planos de terra para minimizar a impedância caraterística.

As linhas de microfita simuladas são concebidas com diferentes larguras de corte. A microstrip de referência de 50 O não tem compensação de corte, enquanto as outras duas têm uma descontinuidade. A largura de corte variável é utilizada para compensação de impedância e a largura de corte é variada através de análise paramétrica linear. A largura do recorte é de 0,674 a 2,022 mm com uma precisão de 0,1685 mm.

Os elevados requisitos de integração das linhas de microfita paralelas são frequentemente acompanhados de diafonia. Para combater este problema, os investigadores têm vindo a explorar técnicas para minimizar a diafonia. Estudaram os princípios de formação da diafonia e identificaram os factores que a afectam. Um dos métodos mais eficazes é aumentar o espaçamento entre as linhas de transmissão. No entanto, este método utiliza um espaço de cablagem limitado e não é compatível com a direção da integração.