Высокоскоростным схемам нужны чистые сигналы. Никаких искажений и помех. Вот почему проектировщики печатных плат используют полосковые линии. Полосковая линия — это тип линии передачи, встроенной между слоями печатной платы. Она изолирует сигналы и защищает их от внешнего шума. Это имеет большое значение в радиочастотных, микроволновых и высокочастотных цифровых схемах.
Но как это работает? Почему стоит выбрать его, а не микрополосковую линию? И что нужно знать перед проектированием? Давайте узнаем об этом в этом блоге.
Что такое полосковая печатная плата?
Полосковая линия — это проводник, помещенный между двумя заземляющими плоскостями внутри печатной платы. Она полностью скрыта внутри платы — в отличие от микрополосок, которые размещаются на внешней поверхности.
Такая конструкция делает полосковые линии электромагнитно экранированными. Сигналы проходят с минимальными помехами. Следовательно, меньше перекрестных помех и больше согласованности.
Вот простой способ понять это:
• Микрополосковая линия подобна дороге — открытой и открытой для всего.
• Полосковая линия связи подобна метрополитену — защищенная, изолированная от внешнего мира.
Полосковые линии обычно используются в:
• Высокоскоростные печатные платы для лучшей целостности сигнала.
• ВЧ и СВЧ цепи.
• Аэрокосмическая и оборонная электроника.
• Многослойные печатные платы с плотной трассировкой.
Зачем использовать полосковую линию?
Итак, почему стоит выбрать полосковую линию вместо микрополосковой?
1. Меньше шума и электромагнитных помех
Полосковые линии располагаются между двумя заземляющими плоскостями. Это действует как экран, блокирующий помехи от внешних сигналов.
2. Лучшая целостность сигнала
В высокоскоростных конструкциях сигналы могут деградировать без проблем. Полосковые линии обеспечивают постоянный импеданс, который уменьшает искажения.
3. Отсутствие потерь на излучение
Поскольку полосковые линии заглублены внутри печатной платы, они не излучают столько энергии, как микрополосковые линии. Это означает меньшие потери.
4. Компактная маршрутизация
В плотных печатных платах маршрутизация сигналов на поверхности может быть сложной. Полосковые линии помогают, используя внутренние слои и сохраняя чистоту разводки платы.
Однако есть компромиссы. Полосковые линии нелегко изготовить. Они требуют точной укладки слоев и контроля диэлектрика. Они также имеют более высокие потери из-за окружающего диэлектрического материала.
Вот почему они не всегда являются лучшим выбором. Это зависит от дизайна.
Проектные требования
При проектировании с использованием полосковых линий следует обратить внимание на несколько вещей. Давайте разберем их.
1. Выбор материала: Материал, который окружает полосковую линию, имеет решающее значение. Он называется диэлектрическим материалом. Разные материалы имеют разные свойства, такие как диэлектрическая проницаемость. Это влияет на скорость прохождения сигнала по линии. Вам нужно будет выбрать материал, который соответствует вашим конкретным потребностям в скорости и качестве сигнала.
2. Ширина следа: Ширина медной дорожки в полосковой линии определяет, какое сопротивление она имеет. Более широкая дорожка означает меньшее сопротивление, что может помочь сохранить силу сигнала. С другой стороны, более узкая дорожка увеличивает импеданс. Балансировка ширины дорожки является ключом к получению правильного импеданса для вашей схемы.
3. Толщина диэлектрика: Толщина диэлектрического материала между трассой и опорной плоскостью также имеет значение. Более толстые диэлектрики могут замедлить сигнал, а более тонкие — ускорить. Нахождение правильного баланса важно для оптимизации как скорости сигнала, так и его целостности.
4. Наслаивание: Полосковая линия полностью закрыта. Поэтому в печатной плате требуется больше слоев. Это усложняет конструкцию, но обеспечивает лучшую производительность, особенно в высокочастотных приложениях. Больше слоев означает больше работы с точки зрения производства, но часто это стоит преимуществ.
Полосковые линии имеют свои преимущества, но они требуют тщательного планирования. Материалы, ширина дорожки и толщина играют важную роль в поведении полосковой линии. Как только вы правильно определитесь с этими деталями, ваша конструкция будет работать намного лучше, уменьшая шум и обеспечивая чистое прохождение сигнала.
Формула импеданса полосковой линии
Правильное определение импеданса имеет решающее значение при проектировании печатной платы. Если он неверный, сигналы могут отражаться и вызывать проблемы. Полосковые линии следуют определенной формуле для расчета импеданса. Вот упрощенная версия:
Где:
• Z0 — характеристическое сопротивление (измеряется в омах).
• εr — диэлектрическая проницаемость материала.
• h — расстояние между трассой и плоскостью заземления.
• w ширина следа.
• t толщина следа.
Эта формула помогает инженерам проектировать схемы с правильным импедансом. Согласование импедансов снижает потери сигнала и повышает надежность. Если это кажется сложным, не волнуйтесь. Во многих инструментах для проектирования печатных плат есть встроенный калькулятор импеданса полосковой линии, который сделает все за вас.
Как использовать калькулятор импеданса полосковой линии
Если ручные вычисления вам не по душе, не волнуйтесь. Многие онлайн-инструменты могут сделать за вас расчеты. Вот как они работают:
1. Введите свойства материала. Большинство калькуляторов запрашивают диэлектрическую проницаемость (εr) и толщину слоя.
2. Введите ширину и толщину трассы. Эти значения напрямую влияют на импеданс.
3. Установите расстояние между слоями.— расстояние между трассой и опорной плоскостью имеет значение.
4. Нажмите «Рассчитать». Инструмент выдаст вам точное значение импеданса.
Использование калькулятора импеданса полосковой линии экономит время. Это также уменьшает количество ошибок. Многие программы проектирования печатных плат включают встроенные калькуляторы для этой цели.
Полосковая линия против микрополосковой: В чем разница?
Люди часто сравнивают полосковые и микрополосковые линии, потому что они выполняют схожие функции. Но у них есть ключевые различия.
1. Размещение
• Полосковые линии скрыты внутри печатной платы и окружены диэлектрическим материалом.
• Микрополоски располагаются на поверхности печатной платы и открыты с одной стороны.
2. Экранирование
• Полосковые линии полностью закрыты. Это защищает сигналы от внешнего шума.
• Микрополоски более уязвимы к помехам, поскольку одна сторона открыта.
3. Контроль импеданса
• Полосковые линии обеспечивают более стабильный импеданс. Это помогает в высокоскоростных цепях.
• На микрополоски могут влиять внешние факторы, что затрудняет контроль импеданса.
4. Стоимость производства
• Полосковые линии требуют больше слоев печатной платы. Это увеличивает стоимость и сложность.
• Микрополоски проще и дешевле в производстве.
Итак, какой из них лучше? Это зависит от обстоятельств. Полосковая линия на печатной плате идеально подходит для высокоскоростных и малошумящих приложений. Микрополосковые линии хорошо подходят для более простых конструкций, которым не требуется так много экранирования.
Заключение
Полосковые линии играют важную роль в современном проектировании печатных плат. Они обеспечивают превосходную целостность сигнала, управление импедансом и защиту от шума. В отличие от микрополосковых линий, они полностью закрыты, что снижает помехи. Однако для них требуется больше слоев и точные расчеты.
При проектировании с использованием полосковой линии не забудьте выбрать правильный диэлектрический материал. Тщательно отрегулируйте ширину и толщину дорожки. Кроме того, используйте калькулятор импеданса для получения точных значений.
Полосковые линии могут потребовать дополнительных усилий, но они повышают производительность. Если ваш проект включает высокоскоростные сигналы, их стоит рассмотреть. Хотите подход без проблем? Многие инструменты проектирования печатных плат упрощают процесс. Используйте их для оптимизации компоновки полосковых линий печатной платы и получения наилучших результатов.
