Lignes de transmission asymétriques dans votre prochain PCB multicouche

La beauté de la symétrie dans l'art, la science et la nature, en général, est quelque chose d'étonnant. L'équilibre visuel entre les éléments dans une peinture ou un dessin peut faire ou défaire une œuvre d'art. La conception de PCB est autant un art qu'une ingénierie, et la symétrie joue un rôle technique autant qu'esthétique.

Depuis ses débuts modestes en tant que remplacement pour les câbles coaxiaux à haute fréquence et les guides d'ondes, les striplines sont un pilier parmi les concepteurs de PCB RF et HDI multicouches. Ces conducteurs peuvent être étroitement emballés dans les couches internes d'un PCB multicouche, où le diélectrique environnant supprime les radiations et fournit une compensation de dispersion. Merci Robert Barrett !

Symétrique vs. Dispositions de Stripline Asymétriques

La stripline symétrique est l'arrangement de trace intégrée le plus simple à côté de la microstrip intégrée. Contrairement aux traces de microstrip ou microstrip intégrées, les traces de stripline sont incrustées dans la couche de la carte PCB, avec des plans de masse en cuivre solide placés au-dessus et en dessous des traces. Les couches internes d'un PCB multicouche contiennent généralement des traces de stripline.

Comme ces traces sont incrustées entre des plans de masse, elles possèdent une immunité EMI particulièrement souhaitable, et les autres composants sur le PCB seront immunisés contre toute EMI produite par les striplines.

Contrairement aux striplines symétriques, les striplines asymétriques ne sont pas encastrées de manière centrale entre les plans de masse. Les striplines asymétriques sont placées plus près de l'un des plans de masse environnants. Lors du routage des signaux en utilisant des striplines asymétriques, le plan de masse le plus proche doit être utilisé comme référence pour la stripline, car cela assure qu'un signal de retour plus fort sera induit dans le plan de masse.

Dans un arrangement plus compliqué, les striplines peuvent être agencées comme une paire parallèle couplée de conducteurs au sein d'une même couche. Cet arrangement en couplage latéral place une paire de pistes dans la même couche avec les mêmes distances entre les plans de masse. Cet arrangement permet le routage de paires différentielles au sein d'une couche donnée.

Un arrangement plus intéressant consiste à utiliser un agencement couplé par carte, où deux striplines asymétriques sont empilées l'une sur l'autre dans un arrangement symétrique. Bien que cela puisse nécessiter une carte plus épaisse pour accommoder les striplines empilées, cela économise de l'espace latéral sur la carte et permet une densité d'interconnexion plus élevée entre les deux plans de masse. Cet arrangement peut également être utilisé pour le routage de paires différentielles puisque les deux striplines sont parallèles.

Interconnexions microstrip et via sur PCB multicouche vert

Plusieurs Calculatrices, Plusieurs Valeurs

Il n'y a aucune honte à ne pas mémoriser chaque équation d'impédance pour chaque agencement de pistes possible. Si vous avez parcouru Internet à la recherche d'un calculateur d'impédance pour votre configuration de stripline, vous devrez examiner attentivement vos résultats et les comparer avec ceux d'autres calculateurs.

Vous voudrez également comparer les équations utilisées avec différents calculateurs. Il existe plusieurs méthodes pour calculer l'impédance d'une stripline asymétrique unique. Certains calculateurs utilisent une différence entre des fonctions logarithmiques, un autre utilise une fonction de puissance avec une dépendance d'ordre approximativement 6 sur un certain nombre de paramètres géométriques, et il existe sans aucun doute d'autres formules qui peuvent être trouvées par une recherche sur Internet.

Ces calculateurs peuvent produire des résultats très différents en fonction des paramètres structurels qui définissent l'agencement de la stripline. Deux calculateurs différents peuvent produire des différences allant de 5 à 10 Ohms. La vraie valeur de l'impédance se trouve probablement quelque part entre ces valeurs. Cela crée des problèmes majeurs avec l'adaptation d'impédance dans votre PCB

Lorsque l'on travaille avec des signaux à haute vitesse ou haute fréquence, un désaccord d'impédance de 5 Ohms est suffisamment significatif pour contribuer à des problèmes comme le bourdonnement dû à la résonance à des fréquences spécifiques. Dans les signaux à haute fréquence, la résonance sur une ligne de transmission conduit à une radiation significative. Avec des striplines asymétriques, cela peut créer un problème dans les cartes HDI. Heureusement, les cartes avec une densité de routage plus faible ne seront pas affectées par cette EMI en raison du diélectrique environnant.

Étant donné ces problèmes potentiels qui peuvent survenir lors de l'utilisation d'un calculateur d'impédance, il est préférable d'utiliser une simulation numérique pour déterminer l'impédance. La plupart des gens n'ont pas accès à ce type de logiciel, mais l'investissement peut en valoir la peine. Alternativement, envisagez d'utiliser une autre stratégie de conception pour prévenir ou supprimer le bourdonnement.

Modulation de Paramètre et Paires Différentielles

En raison de la relation fortement non linéaire entre l'impédance dans les arrangements de stripline asymétriques et leur géométrie, il devient important d'avoir une compréhension générale de comment l'impédance est affectée par de petits changements dans l'arrangement de stripline. Travailler avec des paires différentielles de striplines asymétriques suit beaucoup des mêmes règles que les traces microstrip.

Déplacer une seule stripline de l'arrangement symétrique et la décaler vers l'un des plans de masse crée une petite diminution de l'impédance. Ce décalage est lui-même symétrique ; cela n'a pas d'importance si vous déplacez la stripline vers le haut ou vers le bas, un décalage donné dans l'une ou l'autre direction provoquera le même changement d'impédance.

Travailler avec des paires différentielles de striplines asymétriques est un peu plus compliqué, mais certaines des mêmes règles qui s'appliquent aux microstrips différentiels s'appliquent également aux striplines symétriques et asymétriques. Si l'espacement est très grand, la valeur de l'impédance saturera à une valeur particulière, et la force de couplage sera réduite.

Une fois l'espacement modifié, l'impédance des paires de microstrip et des paires asymétriques changera de différentes manières. Si les traces ont une grande séparation, les rapprocher augmente d'abord les valeurs d'impédance de la paire différentielle. Dans un arrangement de microstrip, l'impédance de la paire augmentera continuellement à mesure que la paire est rapprochée, et cela continue une fois que l'espacement est réduit à moins que la largeur des traces.

Ce n'est pas le cas avec les paires de lignes stripline. À mesure que les pistes sont rapprochées, le rapprochement de la paire augmente d'abord puis diminue les valeurs d'impédance paire, impaire et différentielle. Une fois que les pistes sont placées très près l'une de l'autre, de sorte que l'espacement est beaucoup plus petit que la largeur de la piste, les valeurs d'impédance impaire et différentielle diminueront drastiquement et peuvent chuter jusqu'à quelques Ohms.

Pistes routées sur un PCB bleu

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