Principes clés
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Examen des structures de routage des lignes stripline
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Les quatre étapes de base du routage des lignes de transmission stripline
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Comment la conception de circuits imprimés. Les outils de CAO peuvent aider au routage des lignes de transmission
La technologie des circuits imprimés continue de croître et de s’étendre
Alors que la technologie des processeurs utilisée dans les circuits imprimés continue d’évoluer, il en va de même pour la nécessité de conduire leurs circuits à des vitesses toujours plus élevées. À mesure que chaque nouvelle itération de processeurs est introduite, les vitesses de commutation des signaux deviennent plus rapides, ce qui exige un plus grand soin dans la façon dont ces signaux sont acheminés sur le circuit imprimé. Avec les vitesses d’horloge plus élevées et les temps de transition plus courts de ces circuits, de nombreuses connexions qui étaient acheminées sans souci doivent maintenant être traitées comme des lignes de transmission à haute vitesse.
Pour conduire correctement ces lignes de transmission avec leur commutation à haute vitesse, le routage des traces dans le PCB doit avoir son impédance soigneusement contrôlée. Cela exige que la structure des lignes de transmission à travers la carte soit très cohérente afin d’empêcher toute partie du signal d’être réfléchie. Ces réflexions du signal peuvent provoquer du bruit sur la ligne et, en fin de compte, dégrader les performances du circuit. Pour éviter des problèmes comme ceux-ci, il faut mettre en place l’empilement des couches de la carte et les règles de routage des lignes de transmission stripline dans le PCB, que nous allons explorer ici plus en détail.
Stripline in Review
Le routage stripline est la configuration des couches de la carte de circuit imprimé qui permet de prendre en sandwich une couche de routage de trace interne entre deux couches de plan de masse. En contrôlant soigneusement l’épaisseur et la constante diélectrique (Dk) du matériau isolant entre la couche de routage et la couche de plan, vous pouvez créer des traces à une largeur et un poids de cuivre spécifiques qui fonctionneront à une impédance spécifique. C’est ce que l’on appelle le routage à impédance contrôlée, et il est souvent nécessaire lors du routage des lignes de transmission sur un PCB afin d’éliminer toute réflexion du signal.
Une autre configuration de routage des lignes de transmission est connue sous le nom de microbande, qui est similaire au routage en stripline, sauf que la microbande est routée sur une couche extérieure de la carte. Avec cette configuration, il n’y a qu’un plan de référence et un diélectrique isolant sous la couche de routage de surface. Sans la même quantité de blindage au-dessus et au-dessous du routage que la ligne à bande, le microruban n’offre pas le même niveau d’isolation. De plus, l’exposition des pistes au lieu d’être prises en sandwich entre des plans modifie le calcul de l’impédance en raison de la valeur Dk de l’air. C’est pourquoi le routage microstrip est généralement plus large que le stripline.
Parce que le routage stripline est bien isolé entre les couches diélectriques et planes cependant, les lignes de transmission ne rayonnent pas autant d’énergie qu’avec le microstrip. Cela permet d’obtenir des traces plus petites et plus étroitement routées. En outre, la configuration stripline offre une meilleure protection contre les signaux agresseurs entrants qui peuvent créer des interférences. Ensuite, nous examinerons les quatre étapes de base du routage des lignes de transmission stripline.
Routage du PCB sous les composants
Routage des lignes de transmission stripline
Il y a quatre étapes de base à considérer pour réussir le routage des lignes de transmission stripline :
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Empilement des couches : L’utilisation d’une configuration stripline pour le routage des lignes de transmission commence par la création de l’empilement des couches de la carte. Non seulement une couche de routage dédiée entre deux plans de masse devra être spécifiée, mais les matériaux diélectriques et leurs largeurs devront également être planifiés. Ceci est important pour l’étape suivante.
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Calculs d’impédance : L’équipe de mise en page du PCB aura besoin des informations sur l’empilement des couches de la carte afin de calculer correctement les largeurs de routage des lignes d’impédance contrôlée. En branchant les matériaux de la carte qui seront utilisés ainsi que leurs largeurs, le calculateur sera en mesure de déterminer la largeur de trace correcte pour les valeurs d’impédance cibles.
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Routage : Les lignes de transmission doivent être isolées des autres types de routage de signaux, alors assurez-vous de configurer vos règles de conception pour donner un dégagement adéquat à ces lignes. D’autres signaux peuvent utiliser la même couche, ils doivent simplement rester à l’écart des lignes de transmission à haute vitesse afin de préserver l’intégrité du signal de ces lignes.
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Plans de masse : Lorsque vous acheminez vos lignes de transmission, veillez à ne pas les acheminer sur des ruptures dans le plan de masse. Les lignes de transmission nécessitent une couche de plan ininterrompue pour un chemin de retour du signal propre et direct. Toute interruption dans les couches planes due à des plans divisés, des découpes, ou même une masse de vias, fera que le signal de retour errera autour du plan en créant du bruit au fur et à mesure.
À ce stade, vous êtes prêt à commencer à router vos lignes de transmission stripline. Selon le besoin, il existe différents types de configurations de routage de stripline que vous pouvez utiliser également. Dans certains cas, vous pouvez avoir besoin que le routage soit décalé entre les plans de référence, ou couplé à un autre signal. Vous pouvez en voir quelques exemples dans l’illustration ci-dessous.
Quelques exemples de structures de routage stripline
Ce dont vous avez besoin dans vos outils de conception pour le routage stripline
La question suivante est de savoir comment vos outils de conception de PCB peuvent vous aider avec le routage de lignes de transmission stripline. Il y a beaucoup de capacités d’outils de conception de PCB qui seraient très utiles, en commençant par la possibilité de travailler directement avec votre fabricant afin d’importer les informations d’empilement des couches de la carte. En utilisant le format de données IPC 2581, votre fabricant pourrait vous envoyer son empilement de couches préféré avec les matériaux, les largeurs et les configurations de couches. Vous pouvez ensuite utiliser les mêmes protocoles pour renvoyer vos fichiers de cartes finies pour la fabrication et l’assemblage. Les calculateurs d’impédance intégrés aux outils de conception seraient également utiles, tout comme les règles de conception et les fonctions d’édition avancées pour le routage et la création de plans de masse.
Heureusement, ce niveau de sophistication des outils de conception n’est pas quelque chose que vous devez attendre, il est déjà disponible pour vous sur le marché aujourd’hui. Un exemple de système de conception de PCB qui possède toutes les fonctionnalités et capacités dont nous avons parlé ici est celui de Cadence. OrCAD PCB Designer possède les outils et les fonctionnalités nécessaires pour faire passer votre conception du concept aux fichiers de fabrication finaux, ainsi que pour vous assister dans le routage de vos lignes de transmission. Avec OrCAD, vous avez accès aux bibliothèques, à la capture de schémas et aux outils SPICE, ainsi qu’à toutes les fonctionnalités de mise en page de PCB dont vous aurez besoin pour réussir.
Si vous cherchez à en savoir plus sur la façon dont Cadence a la solution pour vous, parlez-nous et à notre équipe d’experts.
À propos de l’auteur
Les solutions Cadence PCB sont un outil de conception complet de l’avant à l’arrière pour permettre la création rapide et efficace de produits. Cadence permet aux utilisateurs de raccourcir avec précision les cycles de conception jusqu’à la remise à la fabrication grâce à une norme industrielle moderne, IPC-2581.
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