다층 PCB에서의 비대칭 스트립라인

예술, 과학, 그리고 일반적으로 자연에서의 대칭의 아름다움은 정말 경이롭습니다. 그림이나 드로잉에서 요소들 사이의 시각적 균형은 예술 작품의 성패를 좌우할 수 있습니다. PCB 설계는 공학만큼이나 예술이며, 대칭성은 기술적 역할만큼이나 미적 역할도 합니다.

고주파 동축 케이블과 도파관을 대체하는 것으로 겸손한 시작을 한 이래로, 스트립라인은 다층 RF 및 HDI PCB 설계자들 사이에서 주류를 이루고 있습니다. 이 도체들은 다층 PCB의 내부 층에 밀집되어 배치될 수 있으며, 주변 유전체가 방사를 억제하고 분산 보상을 제공합니다. 로버트 바렛에게 감사합니다!

대칭 대 비대칭 스트립라인 배열

대칭 스트립라인은 임베디드 마이크로스트립 다음으로 가장 간단한 내장 트레이스 배열입니다. 마이크로스트립이나 임베디드 마이크로스트립 트레이스와 달리, 스트립라인 트레이스는 PCB 보드 층에 내장되어 있으며, 트레이스 위아래에는 고체 구리 접지면이 배치됩니다. 다층 PCB의 내부 층은 일반적으로 스트립라인 트레이스를 포함합니다.

이 트레이스들이 접지면 사이에 내장되어 있기 때문에, 특히 바람직한 EMI 내성을 가지며, PCB의 다른 구성 요소들은 스트립라인이 생성하는 어떤 EMI로부터도 면역이 됩니다.

대칭 스트립라인과 달리, 비대칭 스트립라인은 지면 평면 사이에 중앙에 내장되어 있지 않습니다. 비대칭 스트립라인은 주변의 지면 평면 중 하나에 더 가깝게 배치됩니다. 비대칭 스트립라인을 사용하여 신호를 라우팅할 때, 더 가까운 지면 평면을 스트립라인의 기준으로 사용해야 합니다. 이는 지면 평면에서 더 강한 반환 신호가 유도될 수 있도록 보장하기 때문입니다.

더 복잡한 배열에서, 스트립라인은 단일 층 내에서 연결된 병렬 쌍의 도체로 배열될 수 있습니다. 이 에지 커플드 배열은 같은 층에 있는 트레이스 쌍을 지면 평면 사이의 같은 거리로 배치합니다. 이 배열은 주어진 층 내에서 차동 쌍 라우팅을 가능하게 합니다.

더 흥미로운 배열은 보드 커플드 배열을 사용하는 것입니다. 여기서 두 개의 비대칭 스트립라인이 대칭 배열로 서로 위에 쌓입니다. 이는 쌓인 스트립라인을 수용하기 위해 더 두꺼운 보드가 필요할 수 있지만, 이는 측면 보드 공간을 절약하고 두 지면 평면 사이의 더 높은 연결 밀도를 허용합니다. 이 배열은 두 스트립라인이 병렬로 되어 있기 때문에 차동 쌍 라우팅에도 사용될 수 있습니다.

녹색 다층 PCB에서의 마이크로스트립 및 비아 연결

다중 계산기, 다중 값

모든 가능한 트레이스 배열에 대한 모든 임피던스 방정식을 암기하지 못한다고 해서 부끄러워할 필요는 없습니다. 스트립라인 배열에 대한 임피던스 계산기를 인터넷에서 찾아본 적이 있다면, 결과를 자세히 살펴보고 다른 계산기의 결과와 비교해야 합니다.

또한, 다양한 계산기에서 사용된 방정식을 비교해 보아야 합니다. 단일 비대칭 스트립라인의 임피던스를 계산하는 방법은 여러 가지가 있습니다. 일부 계산기는 로그 함수의 차이를 사용하고, 다른 계산기는 기하학적 매개변수의 수에 대해 대략 6차 의존성을 가지는 멱함수를 사용하며, 인터넷 검색을 통해 발견할 수 있는 다른 공식들도 분명히 있습니다.

이러한 계산기는 스트립라인 배열을 정의하는 구조적 매개변수에 따라 크게 다른 결과를 낼 수 있습니다. 두 개의 다른 계산기는 5에서 10 옴의 차이를 보일 수 있습니다. 진정한 임피던스 값은 이러한 값들 사이에 있을 가능성이 높습니다. 이는 PCB에서의 임피던스 매칭과 관련하여 주요 문제를 일으킵니다.

고속 또는 고주파 신호를 다룰 때, 5 옴의 임피던스 불일치는 특정 주파수에서 공진으로 인한 링잉과 같은 문제를 일으키기에 충분히 중요합니다. 고주파 신호에서, 전송선상의 공진은 상당한 방사를 초래합니다. 비대칭 스트립라인의 경우, 이는 HDI 보드에서 문제를 일으킬 수 있습니다. 다행히도, 라우팅 밀도가 낮은 보드는 주변 유전체로 인해 이러한 EMI의 영향을 받지 않습니다.

임피던스 계산기를 사용하면서 발생할 수 있는 이러한 잠재적 문제들을 고려할 때, 임피던스를 결정하기 위해 수치 시뮬레이션을 사용하는 것이 가장 좋습니다. 대부분의 사람들은 이러한 유형의 소프트웨어에 접근할 수 없지만, 투자는 가치가 있을 수 있습니다. 대안으로, 링잉을 방지하거나 억제하기 위한 다른 설계 전략을 고려해 보십시오.

파라미터 변조 및 차동 쌍

비대칭 스트립라인 배열의 임피던스와 그 기하학적 구조 사이에 매우 비선형적인 관계가 있기 때문에, 스트립라인 배열의 작은 변화가 임피던스에 미치는 영향을 대략적으로 이해하는 것이 중요합니다. 비대칭 스트립라인의 차동 쌍을 다룰 때는 마이크로스트립 트레이스와 많은 같은 규칙을 따릅니다.

스트립라인을 대칭 배열에서 벗어나게 하여 한쪽 접지면 쪽으로 이동시키면 임피던스가 소폭 감소합니다. 이 이동은 자체적으로 대칭적입니다; 스트립라인을 위로 이동하든 아래로 이동하든, 어느 방향으로든 주어진 이동은 임피던스에 동일한 변화를 일으킵니다.

비대칭 스트립라인의 차동 쌍을 다루는 것은 조금 더 복잡하지만, 차동 마이크로스트립에 적용되는 일부 규칙이 대칭 및 비대칭 스트립라인에도 적용됩니다. 간격이 매우 크면 임피던스 값이 특정 값에서 포화되고 결합 강도가 감소합니다.

간격이 변경되면 마이크로스트립 쌍과 비대칭 쌍의 임피던스가 다른 방식으로 변경됩니다. 트레이스 간격이 크면, 먼저 트레이스를 서로 가까이 이동시키면 차동 쌍의 임피던스 값이 증가합니다. 마이크로스트립 배열에서는 쌍을 서로 가까이 이동시킬수록 쌍의 임피던스가 지속적으로 증가하며, 이는 트레이스의 너비보다 간격이 줄어들 때까지 계속됩니다.

스트립라인 쌍의 경우는 그렇지 않습니다. 트레이스를 서로 가까이 이동시킬 때, 쌍을 더 가까이 가져오면 처음에는 짝수, 홀수 및 차동 임피던스 값이 증가한 다음 감소합니다. 트레이스가 매우 가까이 배치되어 간격이 트레이스 폭보다 훨씬 작아지면, 홀수 및 차동 임피던스 값이 급격히 감소하여 몇 옴까지 떨어질 수 있습니다.

파란색 PCB 위에 라우팅된 트레이스

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