В высокоскоростных конструкциях печатных плат линии передачи являются основными структурами, которые должны обеспечивать сохранение целостности сигнала. Большинство ошибок на линии передачи в электронных схемах распространяются через взаимодействие, потери и искажения, которые возникают из-за помех от современных быстро движущихся цифровых и коммуникационных систем. Среди наиболее распространенных типов линий передачи в конструкциях печатных плат есть два определяющих типа: полосковая линия и микрополосковая линия.
Но что именно представляют собой полосковая и микрополосковая линии, и как они влияют на производительность печатной платы? В этой статье будут рассмотрены эти две линии передачи, разобраны их структуры, принципы работы и некоторые преимущества, а в конце будет сделан окончательный вывод о том, когда следует использовать микрополосковую линию вместо полосковой для оптимальной производительности сигнала и повышения эффективности производства.
Что такое Stripline?
Это одна из удобных линий передачи на печатной плате, которая может переносить высокочастотные сигналы без помех. Последняя часть слова — более обычное слово, поскольку это не что иное, как путь для скрытых электрических сигналов в слоях печатной платы. Это делает ее предпочтительной в многослойных платах, где целостность сигнала является экстремальным аспектом.
Он обычно используется в приложениях, где схемы являются высокоскоростными, и используются системы связи. Благодаря своей характерной особенности наряду с экранированием, полосковая линия позволяет поддерживать очень сложные сигналы без потерь или помех. По этой причине она нашла широкое применение в секторах, требующих точности и стабильности.
Структура полосковой линии:
Конфигурация полосковой линии проста, но очень эффективна. Два слоя образованы проводником и покрыты диэлектриком. Между двумя слоями существуют две заземляющие плоскости; одна находится над структурой, а другая внизу. Это заземляющие плоскости. Они действуют как экраны, так что внешние шумы не успевают ударить по сигналу. Это позволяет сигналу довольно быстро проходить через плату без помех от внешних шумов.
Принцип работы полосковой линии:
Сигналы, передаваемые полосковой линией, содержатся в полностью экранированной среде. Заземляющие плоскости экранируют проводник; поэтому он имеет минимальные помехи от других компонентов. В этой конфигурации импеданс постоянен и необходим для целостности сигнала. Целостность сигнала поддерживается при стабильных условиях сигнала на высоких частотах.
Преимущества полосковой линии:
1. Защита от других помех: Лучшим преимуществом полосковой линии является ее превосходное экранирование. Поскольку проводник полностью закрыт, обеспечивается максимальная защита от электромагнитных помех. Любая цепь, работающая на высокой скорости, нуждается в иммунитете к помехам высокого уровня, поскольку незначительные помехи могут повлиять на работу цепи.
2. Сбалансированное сопротивление: Поскольку это сэндвич-конструкция изнутри к внутренней части, полосковая линия, скорее всего, будет иметь сбалансированный импеданс. Это означает, что сигнал должен быть полностью невозмущенным при передаче по печатной плате с минимальной вероятностью искажения или потери сигнала.
Недостатки полосковой линии:
1. Сложность изготовления: Микрополосковая линия будет наиболее сложной в изготовлении по сравнению с полосковой линией. Увеличение количества слоев, а также наличие проводника вблизи заземляющей плоскости, увеличивает сложность и, следовательно, приводит к увеличению стоимости.
2. Плоские ограничения: Поскольку полосковая линия имеет бороздчатую структуру, она более громоздка на печатной плате, чем, например, коаксиальный кабель. Это, в свою очередь, приведет к тому, что платы станут толще в среднем, что может стать проблемой в конструкциях, ориентированных на компактность.
Что такое микрополосковая линия?
Микрополосковая линия передачи широко используется в печатных платах из-за ее простой и эффективной высокочастотной конструкции. В отличие от полосковой линии, микрополосковая линия лежит на поверхности печатной платы и, следовательно, ее легко изготавливать и развертывать. Кроме того, она широко используется в радиочастотных цепях и микроволновых устройствах, поскольку ее конструкция проста и экономична.
Он предполагает недорогую конструкцию, меньше места и прост в производстве; поэтому он широко используется. Он переносит высокочастотный сигнал и очень популярен в системах связи, радарах и высокоскоростной электронике.
Конфигурация микрополосковой линии:
Это гораздо менее сложно по своей компоновке, чем полосковая линия. В микрополосковой линии один проводник размещается на диэлектрическом поверхностном слое, касаясь заземляющей плоскости ниже только одной из своих сторон. Микрополосковая линия имеет открытую конфигурацию, в которой верхняя сторона проводника открыта для воздуха, в отличие от любой другой линии передачи. Эта перевернутая заземляющая плоскость действительно направляет сигнал, но увеличивает воздействие на эту сторону, что дает сигналу гораздо меньшую защиту от возможных внешних шумов.
Принцип работы микрополосковой линии:
В случае микрополосковой линии сигнал распространяется по верхней поверхности проводника. Благодаря наличию только одной заземляющей плоскости внизу, электромагнитные поля, окружающие проводник, открыты для помех из внешней среды. Сигнал проникает в воздух через частичные размеры и, таким образом, подвергается некоторому воздействию источников помех. Однако, при работе на высоких частотах и низких затратах, простота делает такую конструкцию возможной.
Преимущества микрополосковой технологии:
1. экономный: Запасы всех видов сырья и материалов экономятся, что позволяет снизить себестоимость продукции.
2. Доступно для производства: Поскольку требуется меньше слоев, микрополосковая линия менее сложна и более доступна в производстве по сравнению с полосковой линией.
Недостатки микрополосковых линий:
1. Высокая восприимчивость к помехам: Микрополосковый кабель очень восприимчив к внешним помехам, поскольку его сопротивление практически ничтожно.
2. Плохой баланс: Этот кабель должен быть соответствующим образом экранирован. Поэтому сопротивление не постоянно. Следовательно, качество этого сигнала снизится.
Микрополосковая линия против полосковой линии: сравнительный анализ
|
Аспект
|
полосковой
|
микрополосковых
|
|
Структурная вариация
|
Суперэкранирующее сопротивление гарантируется, поскольку экранирование обеспечивается путем размещения двух заземляющих пластин между полосковой линией, окруженной двумя слоями диэлектрического материала с обеих сторон.
|
Микрополосковая линия устанавливается над слоем диэлектрика, но контактирует только с одной стороной заземляющей плоскости. Таким образом, она имеет гораздо более простую конструкцию, но более восприимчива к помехам.
|
|
Сравнение основных операционных показателей
|
Такова конструкция полосковой линии: сигналы закрыты и, следовательно, защищены от внешних источников помех. Подходит в первую очередь для высокочастотного использования.
|
Микрополосковые сигналы проходят по поверхности. Частичное экранирование снижает его устойчивость к помехам, поэтому его производительность будет снижена в чувствительных средах.
|
|
Характеристика импеданса
|
В то время как полосковая и микрополосковая линии имеют определенное сопротивление, конфигурация полосковой линии, будучи сбалансированной, дает равномерные результаты.
|
Микрополосковый импеданс меняется. Микрополосковый не может контролировать импеданс на высоких частотах. Поэтому с ним комбинируются копланарные волноводы CPW.
|
|
Потери при передаче
|
Конфигурация полосковой линии обеспечивает наилучшее снижение потерь по сравнению с микрополосковой конфигурацией.
|
Поскольку копланарные волноводы CPW уменьшают потери сигнала, они ограничивают электромагнитные поля лучше, чем традиционные микрополосковые.
|
|
Эффективность и целостность сигнала
|
Полосковая линия обеспечивает отличную целостность сигнала вплоть до достаточно сложных многослойных конструкций.
|
Копланарные линии передачи представляют собой промежуточное решение, которое улучшает целостность сигнала без усложнения полосковой линии.
|
|
Сценарии использования приложений
|
Полосковая линия применяется в высокоскоростных цифровых схемах и многослойных печатных платах для минимизации шума и обеспечения целостности сигнала.
|
Микрополосковая линия еще более подвержена помехам. Микрополосковая линия в основном используется там, где простота конструкции и стоимость становятся более критичными в конструкциях RF, беспроводных системах и более простых схемах.
|
Различия в маршрутах
Методы микрополосковой трассировки
|
Стандартная микрополосковая разводка
|
Поверхностная разводка иногда используется для простых высокочастотных конструкций.
|
|
Маршрутные дифференциальные пары
|
Направляет сигналы вместе для снижения шума. Широко используется в высокоскоростных приложениях.
|
|
Встроенная микрополосковая маршрутизация
|
Он интегрирован в печатную плату с защитой от помех.
|
Стили маршрутизации полосковой линии
|
Стандартная полосковая трассировка
|
Широко распространено в многослойных печатных платах, где сигнал должен быть экранирован.
|
|
Копланарная полосковая трассировка
|
Для повышения производительности вводится несколько заземляющих плоскостей.
|
|
Маршрутизация полосковой линии с широкополосной связью
|
Места очень мало, но необходимо послать высокоскоростной сигнал.
|
Проблемы проектирования полосковых и микрополосковых линий
Факторы контроля импеданса
|
Диэлектрическая проницаемость (εr)
|
Он показывает изменения импеданса в диэлектрической природе, хотя значения εr более малы.
|
|
Практическая диэлектрическая проницаемость (εeff)
|
Это сопротивление меняется в зависимости от структуры слоя.
|
|
Ширина и толщина следа
|
Более широкая и толстая дорожка изменит путь сигнала и, следовательно, импеданс.
|
Минимизация потерь техники
|
Для полосковой линии
|
Все это должно быть выполнено с использованием наилучшего возможного дизайна трассировки.
|
|
Для микрополосковой линии
|
Потери следует минимизировать за счет надлежащего заземления, а также снижения воздействия.
|
Рекомендации по проектированию многослойных печатных плат
Это, следовательно, потребует управления качеством сигнала в полосковой и микрополосковой линиях многослойной печатной платы. Качество может управляться с помощью ширины дорожек, стеков слоев и согласования импеданса.
Заключение
Их два: полосковая линия, лучше спроектированная и более сложная для изготовления, но с большей целостностью сигнала при использовании в качестве экрана, и микрополосковая линия, которая проще и намного дешевле, но со значительно большей восприимчивостью к помехам. Это будет зависеть от вашего приложения, стоимости и производительности.
