Stripline so với Microstrip: Sự Khác Biệt và Hướng Dẫn Điều Khoản Mạch In PCB

Các đường dẫn trên một PCB được đặt tên theo hai cách dựa vào vị trí của chúng trong cấu trúc xếp chồng của PCB: striplines và microstrips. Trong một PCB, stripline và microstrip là hai cấu trúc đường truyền khác nhau được sử dụng trong bố trí PCB. Microstrips và striplines cũng có các biến thể đồng mặt phẳng và khác biệt, và tất cả những này đều có những ưu điểm nhất định khi được sử dụng cho các tín hiệu tốc độ cao hoặc tần số cao. Nếu bạn đang tìm kiếm một so sánh kỹ lưỡng giữa microstrips và striplines trong bố trí PCB, tôi sẽ trình bày những ưu điểm của mỗi phong cách định tuyến khi được sử dụng trong bố trí và định tuyến PCB tốc độ cao.

Trước khi bắt đầu, điều quan trọng cần biết là yếu tố chính tạo ra sự khác biệt giữa microstrips và striplines là vị trí của chúng trong cấu trúc xếp chồng của PCB. Đối với một stripline được đặt bên trong cấu trúc xếp chồng của PCB, đường dẫn sẽ hoàn toàn tiếp xúc với vật liệu điện mô, và các tính chất vật liệu của điện mô sẽ có ảnh hưởng lớn hơn đến tín hiệu truyền dọc theo một stripline. Chúng ta sẽ thảo luận về cơ bản của striplines và microstrips dưới đây, và hy vọng bạn sẽ có thể thấy tại sao những khác biệt nhất định xuất hiện trong hai phong cách định tuyến đường dẫn này.

Striplines và Microstrips - Chúng Là Gì?

Striplines và microstrips là các loại đường truyền tín hiệu PCB trong bố cục mạch in. Các loại đường dẫn này không chỉ truyền tín hiệu tốc độ cao, chúng cũng có thể truyền tín hiệu chậm hoặc DC, hoặc tín hiệu tần số cao. Mục tiêu khi thiết kế stripline hoặc microstrip là đầu tiên xác định xem có cần trở kháng mục tiêu không, sau đó xác định chiều rộng đường dẫn để đảm bảo trở kháng đường dẫn sẽ đạt giá trị mục tiêu. Trở kháng mục tiêu thường là 50 Ohms cho các đường dẫn đơn, nhưng có thể khác nhau tùy thuộc vào giao diện hoặc tiêu chuẩn tín hiệu được sử dụng trong các linh kiện của bạn.

Sự khác biệt chính giữa các loại đường dẫn này là vị trí của chúng trong PCB: microstrips nằm trên lớp bề mặt, trong khi striplines nằm trên một lớp bên trong giữa hai mặt phẳng tham chiếu. Việc đặt các mặt phẳng tham chiếu là quan trọng vì đây là điều tạo nên một đường dẫn microstrip hoặc stripline. Trong các thiết kế hiện đại, tốt nhất là sử dụng các cấu hình này để định tuyến tín hiệu tốc độ cao vì các mặt phẳng tham chiếu bên trong lớp chồng sẽ cô lập các tín hiệu trên các lớp khác nhau với nhau. Trừ khi mọi thứ đều hoạt động ở tốc độ thấp, tốt nhất là không đặt hai lớp tín hiệu liền kề trong chồng lớp PCB, và thay vào đó tập trung vào thiết kế chồng lớp để kích hoạt microstrips và striplines.

Về mặt sản xuất, các quy trình liên quan cơ bản là giống nhau: phủ lớp chống sáng, phơi sáng và ăn mòn. Lớp phát triển kết quả sẽ được tích hợp vào chồng lớp giống như bất kỳ lớp nào khác trong PCB. Chi phí phát sinh trong việc sản xuất dải dẫn stripline đến từ việc dải dẫn stripline chỉ tồn tại trong PCB đa lớp, do đó chi phí phát sinh đến từ các bước lắp ráp cần thiết để xây dựng chồng lớp chứ không phải từ quy trình ăn mòn được sử dụng để tạo ra các dải dẫn stripline thực tế.

Ví dụ về Phong cách Định tuyến Stripline và Microstrip

Dưới đây là một số ví dụ về kỹ thuật định tuyến stripline và microstrip, cũng như một số đặc điểm cơ bản của chúng:

1. Microstrip. Các đường truyền dẫn được định tuyến trên các lớp ngoài gọi là microstrips. Chúng luôn được định tuyến trên một mặt phẳng tham chiếu lớn ở lớp kế cận.

2. Microstrip Ghép Cạnh. Điều này đề cập đến hai microstrip được định tuyến song song, được sử dụng cho việc định tuyến các cặp vi sai. Đây là cấu trúc giống như được sử dụng trong microstrips thông thường.

3. Stripline Đối xứng. Các vết dẫn này được định tuyến trên các lớp nội bộ giữa hai mặt phẳng tham chiếu. Một stripline đối xứng được đặt ở vị trí trung tâm giữa hai mặt phẳng tham chiếu, cũng đơn giản được gọi là “stripline” mà thôi.

4. Stripline Không Đối xứng.Mặc dù có cấu trúc tương tự như một đường dẫn đối xứng, nhưng đường dẫn không được đặt ở vị trí trung tâm giữa hai mặt phẳng tham chiếu.

5. Đường dẫn cạnh ghép Stripline. Giống như các đường dẫn microstrip ghép cạnh, những đường dẫn này được định tuyến song song và thường được sử dụng như các cặp vi sai. Những đường dẫn này có thể đối xứng hoặc không đối xứng.

6. Đường dẫn ghép mặt Stripline. Kỹ thuật này cũng được sử dụng để định tuyến các cặp vi sai trên các lớp nội bộ, nhưng các cặp được xếp chồng lên nhau thay vì được định tuyến cạnh nhau.

7. Microstrip Nhúng. Microstrip nhúng thực sự không được sử dụng trong các PCB hiện đại ngoại trừ một số PCB HDI. Trong trường hợp này, vì hai nhóm đường dẫn có thể được đặt trên hai lớp trên cùng, các đường dẫn có thể không truyền tải tín hiệu tốc độ cao, thay vào đó được sử dụng cho GPIO chậm. Tuy nhiên, mô hình trở kháng và mất mát cho loại định tuyến này có thể được sử dụng để xem xét ảnh hưởng của lớp mặt nạ hàn đối với microstrip.

Mỗi loại này có thể được đặt trong cấu hình đồng mặt phẳng, nơi mặt đất được đổ xung quanh các đường dẫn để thiết lập trở kháng đến một giá trị mong muốn cũng như cung cấp một số bảo vệ xung quanh đường dẫn ở một số tần số RF. Hình dưới đây cho thấy các hình dạng được sử dụng trong các cấu hình đường dẫn này.

Hình dạng của từng loại đường dẫn sẽ xác định trở kháng của nó. Lớp của PCB mà đường truyền được định tuyến trên và hằng số điện môi của vật liệu PCB cũng được sử dụng để tính toán trở kháng của các loại đường dẫn này. Có nhiều máy tính trở kháng với mô hình stripline và microstrip có sẵn để thực hiện các phép tính này. Để xem trở kháng được tính toán như thế nào và để có ước lượng nhanh về trở kháng đường dẫn, bạn có thể sử dụng một trong số các ứng dụng máy tính của chúng tôi:

• Máy tính trở kháng Microstrip
• Máy tính trở kháng Stripline
• Máy tính trở kháng Microstrip vi sai
• Máy tính trở kháng Stripline vi sai

Nếu bạn muốn có các phép tính chính xác hơn, và bạn muốn tính đến những thách thức nâng cao hơn như độ nhám của đồng, bạn sẽ cần một máy tính tiên tiến hơn. Phần mềm ECAD tốt nhất sẽ bao gồm một mô hình dựa trên trình giải quyết trường có thể thực hiện các phép tính này cho bạn khi bạn xây dựng stackup của mình.

So sánh Striplines và Microstrips

Vì những cách sắp xếp đường dẫn này là cách tiêu chuẩn để định tuyến bảng mạch cho điện tử hiện đại, vậy những ưu điểm tương đối của các loại đường dẫn PCB này là gì? Trường điện từ xung quanh striplines và microstrips xác định cách một tín hiệu di chuyển tương tác với vật liệu điện môi xung quanh, điều này sẽ sau đó xác định lượng mất mát và bức xạ từ cấu trúc. Bảng dưới đây so sánh các đặc tính này cho striplines và microstrips.

Hy vọng của tôi là bài hướng dẫn này về stripline và microstrip sẽ làm rõ một số nhầm lẫn về cách thiết kế các kiểu định tuyến này. Điểm quan trọng nhất cần nhớ là những dấu vết này không chỉ được sử dụng trong một bo mạch tốc độ cao, bạn có thể tận dụng việc chắn được cung cấp bởi các mặt phẳng tham chiếu trong bất kỳ loại tín hiệu nào.

Khi bạn đang tìm kiếm gói phần mềm ECAD tốt nhất để tính toán trở kháng đường dẫn cho striplines và microstrips, hãy sử dụng Layer Stack Manager và các tính năng định tuyến PCB trong Altium Designer^®. Bộ máy quy tắc thiết kế tích hợp và các tính năng định tuyến tốt nhất của ngành đảm bảo rằng các đường dẫn của bạn luôn được kích thước và đặt chính xác trong bố cục PCB của bạn. Khi bạn đã hoàn thành thiết kế và muốn gửi các tệp cho nhà sản xuất của mình, nền tảng Altium 365^™ giúp việc hợp tác và chia sẻ các dự án của bạn trở nên dễ dàng.

Chúng ta mới chỉ khám phá bề mặt của những gì có thể thực hiện với Altium Designer trên Altium 365. Bắt đầu dùng thử miễn phí Altium Designer + Altium 365 ngay hôm nay.