Líneas de Tira Asimétricas en Tu Próxima PCB Multicapa

La belleza de la simetría en el arte, la ciencia y la naturaleza, en general, es algo maravilloso. El equilibrio visual entre elementos en una pintura o dibujo puede hacer o deshacer una obra de arte. El diseño de PCB es tanto arte como ingeniería, y la simetría juega un papel tan técnico como estético.

Desde sus humildes comienzos como reemplazo de los cables coaxiales de alta frecuencia y las guías de onda, las líneas de transmisión son un pilar entre los diseñadores de PCB RF y HDI de múltiples capas. Estos conductores pueden estar estrechamente empaquetados en las capas internas de un PCB de múltiples capas, donde el dieléctrico circundante suprime la radiación y proporciona compensación de dispersión. ¡Gracias Robert Barrett!

Disposiciones de Líneas de Transmisión Simétricas vs. Asimétricas

La línea de transmisión simétrica es la disposición de traza embebida más simple junto a la microstrip embebida. A diferencia de las trazas microstrip o microstrip embebidas, las trazas de línea de transmisión se sitúan embebidas en la capa de la placa PCB, con planos de tierra de cobre sólido colocados arriba y abajo de las trazas. Las capas internas en un PCB de múltiples capas típicamente contienen trazas de línea de transmisión.

Dado que estas trazas están embebidas entre planos de tierra, tienen una inmunidad EMI particularmente deseable, y otros componentes en el PCB serán inmunes a cualquier EMI producido por las líneas de transmisión.

A diferencia de las líneas de transmisión simétricas, las líneas de transmisión asimétricas no están incrustadas centralmente entre los planos de tierra. Las líneas de transmisión asimétricas se colocan más cerca de uno de los planos de tierra circundantes. Al enrutar señales usando líneas de transmisión asimétricas, el plano de tierra más cercano debe usarse como referencia para la línea de transmisión, ya que esto asegura que se inducirá una señal de retorno más fuerte en el plano de tierra.

En una disposición más complicada, las líneas de transmisión pueden organizarse como un par paralelo acoplado de conductores dentro de una sola capa. Esta disposición acoplada por bordes coloca un par de trazas en la misma capa con las mismas distancias entre los planos de tierra. Esta disposición permite el enrutamiento de pares diferenciales dentro de una capa dada.

Una disposición más interesante es usar una disposición acoplada por placa, donde dos líneas de transmisión asimétricas se apilan una encima de la otra en una disposición simétrica. Aunque esto podría requerir una placa más gruesa para acomodar las líneas de transmisión apiladas, esto ahorra espacio lateral en la placa y permite una mayor densidad de interconexión entre los dos planos de tierra. Esta disposición también puede usarse para el enrutamiento de pares diferenciales ya que las dos líneas de transmisión son paralelas.

Interconexiones de microstrip y vía en PCB multicapa verde

Múltiples Calculadoras, Múltiples Valores

No hay ninguna vergüenza en no memorizar cada ecuación de impedancia para cada posible disposición de trazas. Si has buscado en internet un calculador de impedancia para tu disposición de stripline, necesitarás examinar detenidamente tus resultados y compararlos con los resultados de otros calculadores.

También querrás comparar las ecuaciones utilizadas con varios calculadores. Hay varios métodos para calcular la impedancia de un stripline asimétrico único. Algunos calculadores utilizan una diferencia entre funciones logarítmicas, otro usa una función de potencia con una dependencia aproximada de 6to orden en varios de los parámetros geométricos, y sin duda hay otras fórmulas que se pueden encontrar mediante una búsqueda en internet.

Estos calculadores pueden producir resultados muy diferentes dependiendo de los parámetros estructurales que definen la disposición del stripline. Dos calculadores diferentes pueden producir diferencias que varían de 5 a 10 Ohms. El valor verdadero de la impedancia probablemente se encuentre en algún punto intermedio de estos valores. Esto crea problemas importantes con el emparejamiento de impedancias en tu PCB

Al trabajar con señales de alta velocidad o alta frecuencia, una desajuste de impedancia de 5 Ohmios es suficiente para contribuir a problemas como resonancia debido a resonancia en frecuencias específicas. En señales de alta frecuencia, la resonancia en una línea de transmisión conduce a una radiación significativa. Con líneas de transmisión asimétricas, esto puede crear un problema en las placas HDI. Afortunadamente, las placas con menor densidad de enrutamiento no se verán afectadas por este EMI debido al dieléctrico circundante.

Dados estos problemas potenciales que pueden surgir al trabajar con un calculador de impedancia, es mejor usar una simulación numérica para determinar la impedancia. La mayoría de las personas no tienen acceso a este tipo de software, pero la inversión puede valer la pena. Alternativamente, considere usar otra estrategia de diseño para prevenir o suprimir la resonancia.

Modulación de Parámetros y Pares Diferenciales

Debido a la relación altamente no lineal entre la impedancia en arreglos de líneas de transmisión asimétricas y su geometría, se vuelve importante tener un entendimiento general de cómo la impedancia es afectada por pequeños cambios en el arreglo de la línea de transmisión. Trabajar con pares diferenciales de líneas de transmisión asimétricas sigue muchas de las mismas reglas que las pistas microstrip.

Mover una única línea de transmisión fuera de la disposición simétrica y desplazar la línea de transmisión hacia uno de los planos de tierra crea una pequeña disminución en la impedancia. Este desplazamiento es en sí mismo simétrico; no importa si mueves la línea de transmisión hacia arriba o hacia abajo, un desplazamiento dado en cualquier dirección causará el mismo cambio en la impedancia.

Trabajar con pares diferenciales de líneas de transmisión asimétricas es un poco más complicado, pero algunas de las mismas reglas que ocurren con microstripes diferenciales se aplican a líneas de transmisión simétricas y asimétricas. Si el espaciado es muy grande, el valor de la impedancia se saturará en un valor particular, y la fuerza de acoplamiento se reducirá.

Una vez que se cambia el espaciado, la impedancia de los pares de microstrip y los pares asimétricos cambiará de diferentes maneras. Si las trazas tienen una gran separación, acercarlas primero aumenta los valores de impedancia del par diferencial. En una disposición de microstrip, la impedancia del par continuará aumentando a medida que el par se acerque más, y esto continúa una vez que el espaciado se reduce a menos que el ancho de las trazas.

Esto no ocurre con los pares de líneas de transmisión. A medida que las pistas se acercan entre sí, acercar el par primero aumenta y luego disminuye los valores de impedancia par, impar y diferencial. Una vez que las pistas están colocadas muy cerca una de la otra, de tal manera que el espaciado es mucho menor que el ancho de la pista, los valores de impedancia impar y diferencial disminuirán drásticamente y pueden caer tan bajo como unos pocos Ohms.

Pistas trazadas en una PCB azul

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