L’instradamento nei PCB: Stripline vs microstrisce

Creato: settembre 22, 2017
Aggiornato: ottobre 23, 2020

La prima volta che ho assistito ad una presentazione sulle tecniche di progetto ad alta velocità non ho capito quasi nulla di quello che si stava dicendo. Essendo all’inizio della mia carriera da progettista probabilmente la mia confusione era dovuta alla mancanza di esperienza. L’intero concetto dell’instradamento su stripline e microstrisce non aveva senso per me e credevo che il presentatore stesse parlando di un tipo totalmente diverso di progettazione di PCB a cui non ero familiare. Tutto si è chiarito quando ho scoperto che non si parla, con i termini stripline o microstriscia, dello schema del PCB ma che in realtà questi termini si riferiscono a diversi metodi di instradamento di linee di trasmissione ad alta velocità nel progetto di PCB.

Comprendere il funzionamento di stripline e microstrisce può essere difficile. Per cui, sia che siate nuovi nella progettazione di PCB, sia che siate esperti ma avete bisogno di un “ripasso” sull'argomento, questo articolo è perfetto per voi.

Comprendere le stripline e le microstrisce

Microstrisce e stripline nel PCB: cosa sono

Le parole stripline e microstrisce si riferiscono a diversi metodi di instradamento di linee di trasmissione ad alta velocità nel progetto di PCB. La stripline nel PCB è una linea di trasmissione circondata da materiale dielettrico e sospesa tra due piani di massa sugli strati interni di un circuito stampato. La microstriscia è una linea di trasmissione tracciata sullo strato esterno del circuito. Per questo è separata da un singolo piano di terra con un materiale dielettrico.

Quando le linee di trasmissione sono sullo strato superficiale della scheda l’instradamento a microstriscia ha migliori caratteristiche di segnale rispetto a quello a stripline. Anche la fabbricazione del circuito è meno costosa quando si sceglie l’instradamento di microstrisce in quanto la struttura del piano e lo strato singolo per i segnali rendono il processo più semplice. Le stripline possono essere più complicate da produrre in quanto richiedono strati multipli per supportare le tracce inserite tra due piani di terra. Tuttavia l’ampiezza della traccia dell’impedenza nella stripline è inferiore a quella della traccia dell’impedenza dello stesso valore nelle microstrisce. Ciò è dovuto alla presenza del secondo piano di massa. La larghezza inferiore delle tracce consente di avere una maggiore densità circuitale e, di conseguenza, un progetto più compatto. Lo strato interno di instradamento delle stripline riduce le interferenze elettromagnetiche e fornisce una migliore protezione contro vari rischi.

Le stripline e le microstrisce forniscono vantaggi diversi. La decisione su cosa utilizzare dovrebbe essere basata sui requisiti di progetto. In un progetto ad alta velocità e densità spesso vengono usati entrambi i metodi su una scheda circuitale multistrato.

Quando si effettua l’instradamento di linee di trasmissione ad alta velocità è fondamentale mantenere il controllo dell’impedenza. Lo strato del PCB sul quale la linea di trasmissione è instradata e le caratteristiche fisiche della linea stessa e del dielettrico sono tutti parametri che devono essere calcolati per conoscere i corretti valori di impedenza del circuito. Esistono vari calcolatori di impedenza con diversi modelli di stripline e microstrisce che sono disponibili per effettuare questi calcoli.

L’instradamento di stripline e microstrisce è un fattore importante da considerare nel progetto di PCB

Esempi di instradamento di microstrisce e stripline nel PCB

Di seguito abbiamo riportato degli esempi di instradamento di stripline e microstrisce e di come le loro caratteristiche influenzano il calcolo dell’impedenza.

Microstrisce. Linee di trasmissione che sono instradate sullo strato esterno vengono considerate microstrisce. I modelli sono basati sullo spessore e sulla larghezza delle tracce, sull’altezza del substrato e sul tipo di dielettrico.
Microstrisce accoppiate. Questa tecnica viene usata per l’instradamento di coppie differenziali. La struttura è simile a quella delle microstrisce tradizionali ma il modello è più complesso con l’incorporazione della spaziatura per la coppia differenziale.
Microstrisce incorporate. Anche in questo caso la struttura è analoga a quelle delle microstrisce tradizionali tranne per il fatto che è presente un ulteriore strato di dielettrico al di sopra delle linee di trasmissione. La maschera di saldatura può essere considerata come uno strato dielettrico ed occorre tenere conto di essa nel calcolo dell’impedenza.
Stripline simmetriche. Le linee di trasmissione che sono posizionate sugli strati interni (tra due piani di massa) sono considerate stripline simmetriche o semplicemente stripline. Analogamente alle microstrisce il loro modello è basato sullo spessore e sulla larghezza delle tracce, sull’altezza del substrato e sul tipo di dielettrico e i calcoli vengono poi modificati per tenere contro che la linea è inserita tra i due piani.
Stripline asimmetriche. Anche se il modello è simile, nella sua struttura, a quello delle stripline simmetriche in questo caso si tiene conto del fatto che le tracce non sono perfettamente bilanciate tra i due piani.
Stripline accoppiate sul bordo. Questa tecnica viene utilizzata per l’instradamento di coppie differenziali sullo strato interno. La struttura è simile a quella delle stripline tradizionali ma il modello è più complesso con l’aggiunta della spaziatura per la coppia differenziale.
Stripline ad accoppiamento ampio. Anche questa tecnica viene utilizzata per l’instradamento di coppie differenziali sullo strato interno, tuttavia, anziché essere fianco a fianco, la coppia è impilata un elemento sull'altro. Il modello è simile a quello delle stripline accoppiate sul bordo.

Spero davvero che questo tutorial sull’instradamento di microstrisce e stripline nel PCB sia stato utile a fare chiarezza e a ridurre la confusione spesso presente quando si parla di questo argomento. Capire in cosa le stripline e le microstrisce differiscono vi aiuterà, in ultima analisi, a progettare una scheda ad alta velocità migliore.

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