次の多層PCBでの非対称ストリップライン

芸術、科学、そして一般的に自然における対称性の美しさは、何か不思議なものがあります。絵画や図面の要素間の視覚的なバランスは、芸術作品の成否を左右することがあります。PCB設計は、工学であると同時に芸術でもあり、対称性は技術的な役割と同じくらい美的な役割を果たします。

高周波同軸ケーブルや導波管の代替品としての謙虚な始まり以来、ストリップラインは多層RFおよびHDI PCB設計者の間で主要な存在です。これらの導体は、周囲の誘電体が放射を抑制し、分散補償を提供する多層PCBの内層に密接に配置することができます。ロバート・バレットに感謝します！

対称対非対称ストリップライン配置

対称ストリップラインは、埋め込まれたマイクロストリップの次に単純な埋め込みトレース配置です。マイクロストリップや埋め込みマイクロストリップトレースとは対照的に、ストリップライントレースはPCBボード層に埋め込まれ、トレースの上下には固体の銅グラウンドプレーンが配置されます。多層PCBの内層には通常、ストリップライントレースが含まれています。

これらのトレースはグラウンドプレーンの間に埋め込まれているため、特に望ましいEMI耐性を持ち、PCB上の他のコンポーネントはストリップラインによって生成されるEMIの影響を受けません。

対称ストリップラインとは対照的に、非対称ストリップラインは基板の中央に埋め込まれていません。非対称ストリップラインは、周囲のグラウンドプレーンの一方に近い位置に配置されます。非対称ストリップラインを使用して信号をルーティングする場合、より近いグラウンドプレーンをストリップラインの参照として使用する必要があります。これにより、グラウンドプレーンにより強いリターン信号が誘導されることが保証されます。

より複雑な配置では、ストリップラインを単一層内の導体のカップルされた並列ペアとして配置することができます。このエッジカップル配置では、同じ層にトレースのペアを同じグラウンドプレーン間の距離で配置します。この配置により、特定の層内で差動ペアのルーティングが可能になります。

より興味深い配置は、ボードカップル配置を使用することです。ここでは、2つの非対称ストリップラインが対称配置で互いの上に積み重ねられます。これには、積み重ねられたストリップラインを収容するためにより厚い基板が必要になるかもしれませんが、横方向の基板スペースを節約し、2つのグラウンドプレーン間のより高い相互接続密度を実現します。この配置は、2つのストリップラインが並列であるため、差動ペアのルーティングにも使用できます。

緑色の多層PCB上のマイクロストリップとビアの相互接続

複数の計算機、複数の値

すべての可能なトレース配置に対するインピーダンス方程式をすべて暗記していなくても恥ずかしいことはありません。ストリップライン配置のためのインピーダンス計算機をインターネットで探している場合、結果をよく見て、他の計算機の結果と比較する必要があります。

また、さまざまな計算機で使用されている方程式を比較することも重要です。単一の非対称ストリップラインのインピーダンスを計算する方法はいくつかあります。一部の計算機は対数関数の差を使用し、別の計算機は幾何学的パラメータの数に対して約6次の依存性を持つべき乗関数を使用し、インターネット検索を通じて見つけることができる他の公式も間違いなく存在します。

これらの計算機は、ストリップライン配置を定義する構造パラメータによって、大きく異なる結果を生み出すことがあります。異なる2つの計算機は、5から10オームの差を生じさせることがあります。真のインピーダンス値は、これらの値の間のどこかにある可能性が高いです。これは、PCBでのインピーダンスマッチングに大きな問題を引き起こします。

高速または高周波信号を扱う際、5オームのインピーダンス不一致は、特定の周波数で共振によるリンギングなどの問題を引き起こすのに十分な影響を与えます。高周波信号では、伝送線上の共振は大きな放射を引き起こします。非対称ストリップラインでは、これがHDIボードで問題を生じさせる可能性があります。幸いなことに、周囲の誘電体のため、ルーティング密度が低いボードはこのEMIの影響を受けません。

インピーダンス計算機を使用する際に生じうるこれらの潜在的な問題を考慮すると、インピーダンスを決定するために数値シミュレーションを使用することが最善です。ほとんどの人はこのタイプのソフトウェアにアクセスできませんが、投資する価値はあります。代わりに、別の設計戦略を検討してリンギングを防止または抑制することを考えてください。

パラメータ変調と差動ペア

非対称ストリップラインの配置とそのジオメトリーとの間の非線形関係が強いため、ストリップラインの配置の小さな変更によってインピーダンスがどのように影響を受けるかを一般的に理解することが重要になります。非対称ストリップラインの差動ペアを扱う場合、マイクロストリップトレースと同じ多くのルールに従います。

ストリップラインを対称配置から一方のグランドプレーンに向かって移動させると、インピーダンスがわずかに減少します。この移動は自体が対称的であり、ストリップラインを上に移動させても下に移動させても、どちらの方向に移動させても同じ変化がインピーダンスに生じます。

非対称ストリップラインの差動ペアを扱うことはもう少し複雑ですが、差動マイクロストリップに適用されるいくつかの同じルールが、対称および非対称ストリップラインにも適用されます。間隔が非常に大きい場合、インピーダンス値は特定の値で飽和し、結合強度が低下します。

間隔を変更すると、マイクロストリップペアと非対称ペアのインピーダンスは異なる方法で変化します。トレースの間隔が大きい場合、それらを近づけることで最初は差動ペアのインピーダンス値が増加します。マイクロストリップ配置では、ペアを近づけるとペアのインピーダンスが連続して増加し、トレースの幅よりも間隔が狭くなるとこの増加は続きます。

ストリップラインペアの場合はそうではありません。トレースを近づけると、ペアを近づけることでまずインピーダンス値（偶数、奇数、差動）が増加し、その後減少します。トレースが非常に近く配置され、スペーシングがトレース幅よりもはるかに小さい場合、奇数および差動インピーダンス値は大幅に減少し、数オームまで低下することがあります。

青いPCB上にルーティングされたトレース

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