Các Dải Dẫn Không Đối Xứng trong PCB Đa Lớp Tiếp theo của Bạn

Vẻ đẹp của sự đối xứng trong nghệ thuật, khoa học và tự nhiên nói chung là điều kỳ diệu. Sự cân bằng hình ảnh giữa các yếu tố trong một bức tranh hoặc bản vẽ có thể làm nên hoặc phá hỏng một tác phẩm nghệ thuật. Thiết kế PCB cũng giống như nghệ thuật như nó là kỹ thuật, và sự đối xứng đóng vai trò kỹ thuật cũng như vai trò thẩm mỹ.

Từ khi bắt đầu khiêm tốn như một phương tiện thay thế cho cáp đồng trục tần số cao và hướng sóng, striplines là một phần không thể thiếu đối với các nhà thiết kế PCB RF và HDI đa lớp. Những dẫn điện này có thể được đóng gói chặt chẽ trong các lớp nội bộ của một PCB đa lớp, nơi mà điện môi xung quanh ngăn chặn bức xạ và cung cấp bù trừ phân tán. Cảm ơn Robert Barrett!

Sự Đối Xứng vs. Sắp Xếp Stripline Không Đối Xứng

Stripline đối xứng là sắp xếp dấu vết nhúng đơn giản nhất kế tiếp với microstrip nhúng. Trái ngược với dấu vết microstrip hoặc microstrip nhúng, dấu vết stripline nằm nhúng trong lớp bảng mạch PCB, với các lớp đất bằng đồng rắn được đặt phía trên và phía dưới các dấu vết. Các lớp nội bộ trong một PCB đa lớp thường chứa dấu vết stripline.

Do những dấu vết này được nhúng giữa các lớp đất, chúng có đặc tính miễn dịch EMI đặc biệt mong muốn, và các thành phần khác trên PCB sẽ được miễn dịch với bất kỳ EMI nào do striplines tạo ra.

Trái ngược với các dải đối xứng, các dải không đối xứng không được nhúng ở vị trí trung tâm giữa các mặt đất. Các dải không đối xứng được đặt gần hơn với một trong các mặt đất xung quanh. Khi định tuyến tín hiệu sử dụng các dải không đối xứng, mặt đất gần hơn nên được sử dụng làm điểm tham chiếu cho dải, vì điều này đảm bảo một tín hiệu trả về mạnh mẽ hơn sẽ được tạo ra trong mặt đất.

Trong một cấu hình phức tạp hơn, các dải có thể được sắp xếp thành một cặp dẫn song song ghép nối trong cùng một lớp. Cấu hình ghép cạnh này đặt một cặp dấu vết trong cùng một lớp với khoảng cách giữa các mặt đất như nhau. Cấu hình này cho phép định tuyến cặp vi sai trong một lớp nhất định.

Một cấu hình thú vị hơn là sử dụng cấu hình ghép bảng, nơi hai dải không đối xứng được xếp chồng lên nhau trong một cấu hình đối xứng. Mặc dù điều này có thể yêu cầu một tấm bảng dày hơn để chứa các dải xếp chồng, điều này tiết kiệm không gian bảng bên và cho phép mật độ kết nối cao hơn giữa hai mặt đất. Cấu hình này cũng có thể được sử dụng cho định tuyến cặp vi sai vì hai dải đều song song.

Microstrip và kết nối via trên PCB đa lớp màu xanh

Nhiều Máy Tính, Nhiều Giá Trị

Không có gì đáng xấu hổ khi bạn không thuộc lòng mọi phương trình trở kháng cho mọi cách sắp xếp dấu vết có thể có. Nếu bạn đã lướt internet để tìm một máy tính trở kháng cho cấu hình dải dẫn của mình, bạn sẽ cần phải xem xét kỹ lưỡng kết quả của mình và so sánh chúng với kết quả từ các máy tính khác.

Bạn cũng sẽ muốn so sánh các phương trình được sử dụng với các máy tính khác nhau. Có một số phương pháp để tính toán trở kháng của một dải dẫn đơn không đối xứng. Một số máy tính sử dụng sự khác biệt giữa các hàm lôgarit, một số khác sử dụng hàm mũ với sự phụ thuộc vào số lượng các tham số hình học khoảng cấp 6, và chắc chắn còn có những công thức khác có thể tìm thấy qua tìm kiếm trên internet.

Các máy tính này có thể cho ra kết quả rất khác nhau tùy thuộc vào các tham số cấu trúc định nghĩa cấu hình dải dẫn. Hai máy tính khác nhau có thể cho ra sự chênh lệch từ 5 đến 10 Ohm. Giá trị trở kháng thực sự có lẽ nằm ở giữa những giá trị này. Điều này tạo ra những vấn đề lớn với việc khớp trở kháng trong PCB của bạn

Khi làm việc với tín hiệu tốc độ cao hoặc tần số cao, sự không khớp trở kháng 5 Ohm đủ lớn để gây ra các vấn đề như dao động do cộng hưởng tại các tần số cụ thể. Đối với tín hiệu tần số cao, cộng hưởng trên đường truyền dẫn đến sự bức xạ đáng kể. Với các dải stripline không đối xứng, điều này có thể tạo ra vấn đề trên các bảng mạch HDI. May mắn thay, các bảng mạch có mật độ định tuyến thấp sẽ không bị ảnh hưởng bởi EMI này do lớp điện môi xung quanh.

Trước những vấn đề tiềm ẩn có thể phát sinh khi sử dụng máy tính trở kháng, tốt nhất là sử dụng mô phỏng số để xác định trở kháng. Hầu hết mọi người không có quyền truy cập vào loại phần mềm này, nhưng việc đầu tư có thể đáng giá. Lựa chọn khác, hãy xem xét sử dụng một chiến lược thiết kế khác để ngăn chặn hoặc giảm thiểu dao động.

Điều Chỉnh Tham Số và Cặp Dây Đối Xứng

Do mối quan hệ phi tuyến tính mạnh mẽ giữa trở kháng trong các bố trí dải stripline không đối xứng và hình dạng của chúng, việc có một hiểu biết tổng quát về cách trở kháng bị ảnh hưởng bởi những thay đổi nhỏ trong bố trí dải stripline trở nên quan trọng. Làm việc với cặp dây đối xứng của các dải stripline không đối xứng tuân theo nhiều quy tắc giống như các vết microstrip.

Di chuyển một dải stripline ra khỏi sự sắp xếp đối xứng và dịch chuyển dải stripline về phía một trong các mặt đất tạo ra sự giảm nhỏ về trở kháng. Sự dịch chuyển này là đối xứng; không quan trọng bạn di chuyển dải stripline lên hay xuống, một sự dịch chuyển nhất định theo bất kỳ hướng nào cũng sẽ gây ra sự thay đổi như nhau về trở kháng.

Làm việc với các cặp dải stripline không đối xứng là phức tạp hơn một chút, nhưng một số quy tắc giống nhau áp dụng cho cả dải microstrip và dải stripline đối xứng và không đối xứng. Nếu khoảng cách rất lớn, giá trị trở kháng sẽ bão hòa ở một giá trị cụ thể, và sức mạnh kết nối sẽ được giảm bớt.

Một khi khoảng cách được thay đổi, trở kháng của các cặp microstrip và cặp không đối xứng sẽ thay đổi theo các cách khác nhau. Nếu các dấu vết có khoảng cách lớn, việc di chuyển chúng lại gần nhau đầu tiên sẽ tăng giá trị trở kháng của cặp dải đối xứng. Trong một sắp xếp microstrip, trở kháng của cặp sẽ liên tục tăng lên khi cặp được di chuyển lại gần nhau hơn, và điều này tiếp tục một khi khoảng cách được giảm xuống ít hơn chiều rộng của các dấu vết.

Điều này không đúng với cặp dây stripline. Khi các dấu vết được đưa lại gần nhau hơn, việc đưa cặp dây lại gần nhau đầu tiên làm tăng và sau đó là giảm các giá trị trở kháng chẵn, lẻ và khác biệt. Một khi các dấu vết được đặt rất gần nhau, sao cho khoảng cách nhỏ hơn nhiều so với chiều rộng dấu vết, các giá trị trở kháng lẻ và khác biệt sẽ giảm mạnh và có thể giảm xuống thấp như vài Ohm.

Đường dẫn được đặt trên một PCB màu xanh

Nếu bạn cần đảm bảo rằng PCB chính xác cao tiếp theo của mình đáp ứng các thông số kỹ thuật thiết kế, các công cụ mô phỏng và môi trường thiết kế theo quy tắc trong Altium Designer^® có thể giúp bạn tránh được các vấn đề về tính toàn vẹn tín hiệu phát sinh từ việc tính toán trở kháng không chính xác. Tải xuống bản dùng thử miễn phí và tìm hiểu xem Altium có phù hợp với bạn không. Nói chuyện với một chuyên gia Altium hôm nay nếu bạn muốn biết thêm.