PCB Design & Analysis

Key Takeaways

• Reviewing stripline routing structures

• De vier basisstappen in routing stripline transmissielijnen

• Hoe PCB-ontwerp CAD-tools kunnen helpen bij het geleiden van transmissielijnen

Circuit board technology continues to grow and expand

A as the processor technology used in printed circuit boards continues to evolve, zo ook de behoefte om hun schakelingen bij steeds hogere snelheden te leiden. Aangezien elke nieuwe iteratie van bewerkers wordt geïntroduceerd, worden de signaalschakelsnelheden sneller die op hun beurt grotere zorg in de manier vereisen die de signalen op PCB worden geleid. Met de hogere kloksnelheden en kortere overgangstijden van deze schakelingen, moeten veel verbindingen die vroeger zonder zorgen werden gerouteerd, nu worden behandeld als transmissielijnen met hoge snelheid.

Om deze transmissielijnen met hun hoge snelheidsschakelingen goed te geleiden, moet de impedantie van de trace-routing in de PCB zorgvuldig worden geregeld. Dit vereist dat de structuur van de transmissielijnen door de printplaat zeer consistent is om te voorkomen dat een deel van het signaal wordt gereflecteerd. Deze signaalreflecties kunnen ruis op de lijn veroorzaken en uiteindelijk de prestaties van de schakeling verslechteren. Om dit soort problemen te voorkomen, moeten de lagen op de printplaat worden gestapeld en moeten de regels voor het geleiden van striplijnen in de printplaat worden gevolgd.

Stripline in Review

Stripline routing is de configuratie van de lagen op de printplaat waarbij een interne laag voor het geleiden van de sporen tussen twee lagen van het massavlak wordt ingeklemd. Door zorgvuldig de dikte en de diëlektrische constante (Dk) van het isolerende materiaal tussen de het leiden en vliegtuiglagen te controleren, kunt u sporen bij een specifieke breedte en een kopergewicht tot stand brengen dat bij een specifieke impedantie zal werken. Dit wordt gecontroleerde impedantie-routing genoemd en is vaak vereist bij het routeren van transmissielijnen op een PCB om signaalreflecties te elimineren.

Een andere configuratie van transmissielijn-routing is bekend als microstrip, die vergelijkbaar is met striplijn-routing, behalve dat microstrip wordt gerouteerd op een buitenste laag van de printplaat. Bij deze configuratie is er slechts één referentievlak en isolerend diëlektricum onder de oppervlaktelaag van de routing. Zonder dezelfde hoeveelheid afscherming boven en onder de routing als de striplijn, biedt microstrip niet dezelfde mate van isolatie. Bovendien verandert de impedantieberekening als gevolg van de Dk-waarde van de lucht, doordat de sporen worden blootgelegd in plaats van tussen vlakken te worden ingeklemd. Dit is de reden waarom microstrip routing meestal breder is dan stripline.

Omdat stripline routing echter goed geïsoleerd is tussen de diëlektrische en vlakke lagen, stralen de transmissielijnen niet zo veel energie uit als bij microstrip. Dit maakt kleinere en strakkere geleiders mogelijk. Bovendien biedt de striplijnconfiguratie meer bescherming tegen inkomende agressorsignalen die storing kunnen veroorzaken. Vervolgens bekijken we de vier basisstappen van stripline transmissielijn routing.

PCB routing onder de componenten

Routing Stripline Transmission Lines

Er zijn vier basisstappen die moeten worden overwogen voor het succesvol routen van stripline transmissielijnen:

• Layer stackup: Het gebruik van een striplijnconfiguratie voor het geleiden van transmissielijnen begint met het maken van de lagenstapeling op de printplaat. Niet alleen moet een speciale routing-laag tussen twee grondvlakken worden gespecificeerd, maar ook de diëlektrische materialen en hun breedten moeten worden gepland. Dit is belangrijk voor de volgende stap.

• Impedantieberekeningen: Het PCB-lay-outteam heeft de informatie over de stapeling van de printplaten nodig om de breedte van de gecontroleerde impedantielijnen correct te kunnen berekenen. Door de te gebruiken printplaatmaterialen en hun breedtes in te voeren, kan de calculator de juiste spoorbreedte voor de beoogde impedantiewaarden bepalen.

• Routing: Transmissielijnen moeten worden geïsoleerd van andere soorten signaalroutering, dus zorg ervoor dat u uw ontwerpregels zo opstelt dat er voldoende ruimte is voor deze lijnen. Andere signalen kunnen dezelfde laag gebruiken, maar moeten uit de buurt blijven van de hogesnelheidstransmissielijnen om de signaalintegriteit van deze lijnen te behouden.

• Ground planes: Let er bij het leggen van uw transmissielijnen op dat u niet over breuken in het grondvlak loopt. De transmissielijnen hebben een ononderbroken vlakke laag nodig voor een zuiver en direct signaalretourpad. Elke onderbreking in de vlakke lagen als gevolg van gespleten vlakken, uitsparingen, of zelfs een massa van vias, zal leiden tot het retoursignaal te zwerven rond het vlak creëren van ruis als het gaat.

Op dit punt, bent u klaar om te beginnen met het routing uw stripline transmissielijnen. Afhankelijk van de behoefte zijn er verschillende soorten striplijn routing configuraties die u ook kunt gebruiken. In sommige gevallen kan het nodig zijn om de routing een offset te geven tussen de referentievlakken, of te koppelen aan een ander signaal. Enkele voorbeelden hiervan zijn te zien in onderstaande illustratie.

Enkele voorbeelden van stripline routing structuren

Wat hebt u nodig in uw ontwerptools voor stripline routing

De volgende vraag is, hoe kunnen uw PCB-ontwerptools u helpen met stripline transmissielijn routing? Er zijn heel wat mogelijkheden van uw PCB-ontwerpprogramma die zeer nuttig zouden zijn, te beginnen met de mogelijkheid om rechtstreeks met uw fabrikant te werken om de stapeling van boardlagen te importeren. Door gebruik te maken van het IPC 2581 data formaat, kan uw fabrikant u zijn gewenste laagstapeling sturen, compleet met materialen, breedtes en laagconfiguraties. U kunt dan dezelfde protocollen gebruiken om uw afgewerkte printplaatbestanden terug te sturen voor fabricage en assemblage. Impedantie calculators ingebouwd in de ontwerptools zou ook nuttig zijn, evenals ontwerpregels en geavanceerde bewerkingsfuncties voor routing en ground plane creation.

Gelukkig is dit niveau van ontwerptool verfijning niet iets waar je op hoeft te wachten, het is al voor u beschikbaar op de markt van vandaag. Een voorbeeld van een PCB-ontwerpsysteem dat alle functies en mogelijkheden heeft waarover we het hier hebben gehad, is van Cadence. OrCAD PCB Designer heeft de tools en functionaliteit om uw ontwerp vakkundig van concept tot uiteindelijke productie-bestanden te brengen, maar ook om u te helpen met uw stripline transmissielijn routing. Met OrCAD, hebt u toegang tot bibliotheken, schematic capture en SPICE tools, evenals alle van de PCB lay-out functies die u nodig hebt voor succes.

Als u op zoek bent om meer te leren over hoe Cadence heeft de oplossing voor u, praat met ons en ons team van experts.

Over de auteur

Cadence PCB oplossingen is een complete front to back design tool om snel en efficiënt product creatie mogelijk te maken. Cadence stelt gebruikers in staat nauwkeurig verkorten ontwerp cycli af te geven aan de productie door middel van moderne, IPC-2581 industrie standard.

Volg op Linkedin Bezoek Website Meer inhoud door Cadence PCB Solutions