Linee di Striscia Asimmetriche nel Tuo Prossimo PCB Multi-strato

La bellezza della simmetria nell'arte, nella scienza e nella natura, in generale, è qualcosa di meraviglioso. L'equilibrio visivo tra gli elementi in un dipinto o disegno può valorizzare o rovinare un'opera d'arte. Il design dei PCB è tanto arte quanto ingegneria, e la simmetria gioca un ruolo tanto tecnico quanto estetico.

Fin dai suoi umili inizi come sostituto per i cavi coassiali ad alta frequenza e le guide d'onda, le stripline sono un pilastro tra i progettisti di PCB RF e HDI multistrato. Questi conduttori possono essere impacchettati strettamente negli strati interni di un PCB multistrato, dove il dielettrico circostante sopprime la radiazione e fornisce compensazione della dispersione. Grazie Robert Barrett!

Disposizioni di Stripline Simmetriche vs. Asimmetriche

La stripline simmetrica è la disposizione di traccia incorporata più semplice accanto alla microstrip incorporata. A differenza delle tracce microstrip o microstrip incorporate, le tracce di stripline sono incastonate nello strato della scheda PCB, con piani di massa in rame solidi posizionati sopra e sotto le tracce. Gli strati interni in un PCB multistrato contengono tipicamente tracce di stripline.

Poiché queste tracce sono incastonate tra piani di massa, hanno una particolarmente desiderabile immunità EMI, e altri componenti sul PCB saranno immuni a qualsiasi EMI prodotta dalle stripline.

A differenza delle stripline simmetriche, le stripline asimmetriche non sono incastonate centralmente tra i piani di massa. Le stripline asimmetriche sono posizionate più vicino a uno dei piani di massa circostanti. Quando si instradano segnali utilizzando stripline asimmetriche, il piano di massa più vicino dovrebbe essere utilizzato come riferimento per la stripline, poiché ciò garantisce che un segnale di ritorno più forte sarà indotto nel piano di massa.

In un arrangiamento più complesso, le stripline possono essere disposte come una coppia parallela accoppiata di conduttori all'interno di un singolo strato. Questo arrangiamento accoppiato ai bordi posiziona una coppia di tracce nello stesso strato con le stesse distanze tra i piani di massa. Questo arrangiamento consente l'instradamento di coppie differenziali all'interno di uno strato dato.

Un arrangiamento più interessante è utilizzare un arrangiamento accoppiato alla scheda, dove due stripline asimmetriche sono impilate una sopra l'altra in un arrangiamento simmetrico. Sebbene ciò possa richiedere una scheda più spessa per accomodare le stripline impilate, ciò risparmia spazio laterale sulla scheda e consente una maggiore densità di interconnessione tra i due piani di massa. Questo arrangiamento può anche essere utilizzato per l'instradamento di coppie differenziali poiché le due stripline sono parallele.

Interconnessioni microstrip e via su PCB multistrato verde

Calcolatrici Multiple, Valori Multipli

Non c'è nulla di male a non memorizzare ogni equazione dell'impedenza per ogni possibile disposizione delle tracce. Se hai cercato su internet un calcolatore di impedenza per la tua disposizione in stripline, dovrai esaminare attentamente i tuoi risultati e confrontarli con i risultati di altri calcolatori.

Vorrai anche confrontare le equazioni utilizzate con vari calcolatori. Esistono diversi metodi per calcolare l'impedenza di una singola stripline asimmetrica. Alcuni calcolatori utilizzano una differenza tra funzioni logaritmiche, un altro usa una funzione di potenza con una dipendenza approssimativa di 6° ordine da un numero di parametri geometrici, e senza dubbio si possono trovare altre formule attraverso una ricerca su internet.

Questi calcolatori possono produrre risultati molto diversi a seconda dei parametri strutturali che definiscono la disposizione della stripline. Due calcolatori diversi possono produrre differenze che vanno dai 5 ai 10 Ohm. Il vero valore dell'impedenza è probabilmente da qualche parte tra questi valori. Questo crea problemi maggiori con l'adattamento dell'impedenza nel tuo PCB

Quando si lavora con segnali ad alta velocità o ad alta frequenza, una discrepanza di impedenza di 5 Ohm è sufficientemente significativa da contribuire a problemi come il ronzio dovuto alla risonanza a frequenze specifiche. Nei segnali ad alta frequenza, la risonanza su una linea di trasmissione porta a una significativa radiazione. Con le stripline asimmetriche, ciò può creare un problema nelle schede HDI. Fortunatamente, le schede con una minore densità di routing non saranno influenzate da questa EMI a causa del dielettrico circostante.

Data la potenziale insorgenza di questi problemi dall'uso di un calcolatore di impedenza, è meglio utilizzare una simulazione numerica per determinare l'impedenza. La maggior parte delle persone non ha accesso a questo tipo di software, ma l'investimento può valerne la pena. In alternativa, considera l'uso di un'altra strategia di progettazione per prevenire o sopprimere il ronzio.

Modulazione dei Parametri e Coppie Differenziali

A causa della relazione fortemente non lineare tra l'impedenza nelle disposizioni di stripline asimmetriche e la loro geometria, diventa importante avere una comprensione generale di come l'impedenza sia influenzata da piccole modifiche nella disposizione delle stripline. Lavorare con coppie differenziali di stripline asimmetriche segue molte delle stesse regole delle tracce microstrip.

Spostare una singola stripline dalla disposizione simmetrica e spostarla verso uno dei piani di massa crea una piccola diminuzione dell'impedenza. Questo spostamento è di per sé simmetrico; non importa se si muove la stripline verso l'alto o verso il basso, uno spostamento dato in entrambe le direzioni causerà lo stesso cambiamento di impedenza.

Lavorare con coppie differenziali di stripline asimmetriche è un po' più complicato, ma alcune delle stesse regole che si applicano alle microstrisce differenziali valgono anche per le stripline simmetriche e asimmetriche. Se lo spazio è molto grande, il valore dell'impedenza si saturerà a un valore particolare e la forza di accoppiamento sarà ridotta.

Una volta cambiato lo spazio, l'impedenza delle coppie di microstrisce e delle coppie asimmetriche cambierà in modi diversi. Se le tracce hanno una grande separazione, avvicinarle aumenta prima i valori di impedenza della coppia differenziale. In un arrangiamento di microstrisce, l'impedenza della coppia continuerà ad aumentare man mano che la coppia viene avvicinata, e questo continua una volta che lo spazio è ridotto a meno della larghezza delle tracce.

Questo non accade con le coppie di stripline. Avvicinando le tracce, portare la coppia più vicina aumenta prima e poi diminuisce i valori di impedenza pari, dispari e differenziale. Una volta che le tracce sono posizionate molto vicine, tanto che lo spazio è molto più piccolo della larghezza della traccia, i valori di impedenza dispari e differenziale diminuiranno drasticamente e possono scendere fino a pochi Ohm.

Tracce disposte su una PCB blu

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