Microrubans dans la conception de circuits imprimés haute fréquence

Avec l'évolution de la vitesse et de la complexité des appareils électroniques, la conception de circuits imprimés haute fréquence (PCB) est devenue essentielle. Dans la conception de diverses lignes de transmission de signaux, le microruban est devenu l'un des choix les plus courants en raison de sa structure simple et de ses bonnes performances.

Dans ce blog, explorons les principales informations sur les microrubans PCB :

Structure d'un mbande magnétique lINE

ACTIVITES caractéristiques of mbande magnétiques

Applications de mbande magnétiques

Microruban contre stripline

En bref, si vous souhaitez concevoir des circuits imprimés rapides et efficaces, il est essentiel de comprendre les caractéristiques et les scénarios d’application des lignes microruban.

Qu'est-ce qu'un microruban et sa structure

La ligne microruban est une ligne de transmission électrique couramment utilisée dans les circuits imprimés pour transmettre des signaux haute fréquence ou RF. Sa structure est très simple et se compose principalement de trois couches :

1. En haut, il y a une fine ligne métallique conductrice, généralement en cuivre, qui constitue « l'autoroute » de transmission du signal ;

2. La couche intermédiaire est un matériau diélectrique (tel que le FR-4 ou d’autres matériaux haute fréquence), assurant l’isolation ;

3. En bas, il y a un plan de masse qui fournit le potentiel de référence et le chemin de retour.

La structure ressemble à un « sandwich » : le signal circule par la piste supérieure, tandis que le champ électromagnétique traverse partiellement la couche diélectrique située en dessous et se propage partiellement dans l'air. Cela signifie que le champ électrique ne se propage pas entièrement dans le diélectrique. Il s'agit d'une ligne de transmission hybride, transmettant « moitié dans l'air, moitié dans le diélectrique ».

Pour cette raison, la vitesse de propagation du signal et les caractéristiques d'un microruban sont influencées par les deux milieux : l'air et la couche diélectrique. Cette propagation mixte signifie que nous ne pouvons décrire ses propriétés électriques à l'aide d'une constante diélectrique unique. Nous utilisons plutôt une constante diélectrique effective pour tenir compte des effets combinés.

La valeur de cette constante diélectrique effective affecte directement l'impédance du microruban, qui détermine à son tour la fiabilité de la transmission du signal. Par conséquent, lors de la conception, les ingénieurs doivent calculer l'impédance du microruban à l'aide de formules ou d'un logiciel de simulation afin de garantir une adaptation d'impédance adéquate et d'éviter toute réflexion ou distorsion du signal.

•  εr : Constante diélectrique du matériau du substrat (par exemple, FR-4 ≈ 4.5)

•  H : Hauteur (épaisseur) du diélectrique entre la trace et le plan de masse

•  W : Largeur de la trace microruban

La géométrie de la ligne (largeur du conducteur, épaisseur du diélectrique et matériau du substrat) détermine l'impédance du microruban. Un calcul correct de cette impédance est essentiel pour éviter toute perte de signal et garantir son intégrité. Différents outils en ligne peuvent vous aider à calculer l'impédance du microruban, en tenant compte de la constante diélectrique effective.

Principaux avantages du microruban

Les microrubans sont largement utilisés dans la conception de circuits haute fréquence, principalement parce qu'ils présentent de nombreux avantages en termes de fabrication, de structure, de coût et de flexibilité d'application.

• Fabrication simple:

Comparé à d'autres lignes de transmission complexes, le microruban ne nécessite qu'une ligne de signal sur la couche supérieure du circuit imprimé et un plan de masse continu sur la couche inférieure. La couche intermédiaire est isolée par une couche de matériau diélectrique. L'ensemble de la structure ne nécessite ni empilement multicouche ni autre procédé de conditionnement spécifique, ce qui simplifie considérablement la production de circuits imprimés et convient à la production de masse.

• Taille compacte:

Les microrubans n'occupent qu'une couche de signal et une couche de masse sur le circuit imprimé, ce qui permet de gagner davantage d'espace vertical que les lignes de transmission intégrées telles que les lignes à ruban. Ceci est particulièrement important dans le contexte de la miniaturisation des appareils modernes. Les microrubans constituent un choix idéal, notamment pour les applications exigeant un encombrement extrêmement important, comme les téléphones portables, les modules satellites et les systèmes embarqués.

• Faible coût:

Grâce à son nombre réduit de couches, sa structure simple et ses faibles besoins en équipements de traitement, le coût global de fabrication d'un microruban PCB est bien inférieur à celui d'un boîtier multicouche ou d'une structure intégrée. Il est donc particulièrement adapté aux produits sensibles aux coûts, tels que l'électronique grand public, les objets connectés et les modules RF moyennes et basses fréquences.

• Prend en charge les circuits complexes:

Le microruban permet non seulement de transmettre des signaux haute fréquence, mais aussi de construire de manière flexible des modules fonctionnels RF courants tels que des diviseurs de puissance, des coupleurs et des filtres microruban. Sa capacité à implémenter ces fonctions dans une structure plate rend les circuits plus compacts et plus faciles à concevoir.

C'est pourquoi de nombreux ingénieurs optent pour le microruban, notamment lorsqu'une isolation extrêmement élevée ou de faibles interférences électromagnétiques ne sont pas nécessaires. Ses avantages, tels que sa fabrication aisée, sa disposition flexible et son coût maîtrisable, en font une solution plus rentable en ingénierie pratique.

Limites du microruban

Bien qu'un microruban présente de nombreux avantages, il présente également certaines limites :

• Pertes par rayonnement:Les signaux sont partiellement exposés à l'air, ce qui augmente les interférences électromagnétiques.

• Intégrité du signal : Sensible aux changements de substrat et de température.

• Isolation inférieure par rapport aux conceptions à lignes à ruban.

Applications du microruban

Les lignes microruban sont utilisées dans une large gamme d'applications RF et micro-ondes, notamment :

•  Filtres microruban pour le conditionnement du signal

•  Antennes patch pour communication sans fil

•  Lignes de transmission à impédance adaptée

•  Systèmes radar et satellite

Microstrip vs. Stripline : quelle est la différence ?

Une ligne ruban est une structure de routage couramment utilisée dans les circuits imprimés multicouches. Contrairement à un microruban, une ligne ruban place la trace du signal entre deux plans de masse, entièrement entourés d'un matériau diélectrique, pour former une structure symétrique. Cette conception permet de réduire les interférences et le bruit, améliorant ainsi l'intégrité du signal, ce qui la rend particulièrement adaptée à la transmission de signaux à haut débit ou à haute fréquence.

La comparaison entre microruban et ligne ruban est souvent évoquée lors de la conception de circuits imprimés. Comparons les deux dans un tableau :

Conclusion

Dans la conception de circuits imprimés haute fréquence, le microruban joue un rôle crucial grâce à sa structure simple, ses applications polyvalentes et son impédance réglable. Bien qu'il n'existe pas de réponse définitive au débat microruban/stripline, le microruban pour circuits imprimés offre un équilibre pratique entre performances et fabricabilité, ce qui en fait un choix privilégié dans de nombreuses applications.