PCB-Technologie - Hochfrequenz (Rf) PCB Layout Design

Bisher ist Microstrip immer noch die am häufigsten verwendete Übertragungsleitungsstruktur im Hochfrequenz- und Mikrowellendesign. Mit zunehmender Geschwindigkeit und Dichte digitaler und hybrider Technologiedesigns nimmt die Situation jedoch immer weniger zu.

Denn für die gleiche Impedanz, Die Mikrostreifenlinie ist normalerweise breiter als die Streifenlinie, und weil die mit der Mikrostreifenlinie verbundene Strahlung zunimmt, es erfordert beides mehr Leiterplattenverdrahtung Platz und eine größere Entfernung in der Nähe Spuren. In reiner HF- oder Mikrowellenausführung, das ist in der Regel kein Problem, aber mit der Nachfrage nach kleineren Produktgrößen und der daraus resultierenden Zunahme der Bauteildichte, es wird eine weniger leicht verfügbare Option.

Struktur

Die Mikrostreifenübertragungsleitung besteht aus einem Leiter (üblicherweise Kupfer) mit einer Breite von W und einer Dicke von t. Der Leiter wird auf einer Erdungsebene geführt, die breiter als die Übertragungsleitung selbst ist und durch ein Dielektrikum mit einer Dicke von H getrennt wird. Die beste Praxis besteht darin, sicherzustellen, dass die Massebeziehungsebene mindestens 3H auf beiden Seiten der Oberflächenmikrostreifenspur erstreckt.

Vorteil

Historisch gesehen kann der Hauptvorteil der Microstrip-Linie die Möglichkeit sein, nur zwei Schichten von Platinen zu verwenden, während alle Komponenten auf einer Seite montiert sind. Dies vereinfacht den Herstellungs- und Montageprozess und ist die kostengünstigste HF-Leiterplattenlösung. Da sich alle Anschlüsse und Komponenten auf derselben Oberfläche befinden, müssen beim Verbinden keine Vias verwendet werden. Neben Kostenfaktoren ist dies auch ideal, da die Verwendung von Durchkontaktierungen weder Kapazität noch Induktivität erhöht.

Wie für die gleiche Impedanz, Die Microstrip-Spur ist normalerweise breiter als die Stripline-Spur. Daher, da die Ätztoleranz in der Fertigung ein absoluter Wert ist, Es ist einfacher, die charakteristische Impedanz der Spur strenger zu steuern. Daher, wenn die Leiterplattenverfolgung Breite 20 mils, und die Breite wird durch Überätzen um 1 Mio reduziert, dann ist dies eine sehr große Menge im Vergleich zum Überätzen von 5-Millionen-Bandlinien und Verringerung der Breite auf 4-Millionen-Streifen. Geringe prozentuale Veränderung. Zum Beispiel, in FR408 Material, eine Microstrip-Spur, die 20 Millionen höher als der Boden ist und 11.5 Millionen höher, mit einer Dielektrizitätskonstante von 3.8, wird ungefähr 50 produzieren.8-ohm. Wenn diese Spur auf 19 mils reduziert wird, die charakteristische Impedanz wird ungefähr 52 sein.6-ohm, und die charakteristische Impedanz erhöht sich um 3.6%. Aus demselben Material, Ein 5-Mil-Stripline mit 6-Mils, die oben und unten geerdet sind, erzeugt ca. 50.35 Ohm, aber bei Reduktion von 1 mil auf 4 mil, die charakteristische Impedanz wird etwa 56 sein.1 ohms, eine Erhöhung von 11.5%. Bei der Fertigstellung bestimmter Entwürfe, die charakteristische Impedanz der Endspur nicht angegeben ist, aber die endgültige Breite ist angegeben. Im gleichen Überätzschema, Verringerung der 5 Millionen Spuren von 1 Millionen Mils verringert die endgültige Spurbreite um 20%, und Verringerung der 20-mil-Spuren von 1 Millionen mils verringert die Breite um 5%.

Mangel

Da die Microstrip-Übertragungsleitung in der Regel sehr breit und auf der Leiterplattenoberfläche verlegt ist, wird die für die Bauteilplatzierung verfügbare Fläche reduziert. Damit ist Microstrip für hochdichte Hybridtechnologien nutzlos, die fast immer für den Weltraum wertvoll sind.

Microstrip-Übertragungsleitungen strahlen mehr aus als andere Übertragungsleitungen, die der Hauptbeitrag zur gesamten ausgestrahlten EMI des Produkts sein werden.

Drittens, da die Strahlung aus dem Mikrostreifen zunimmt, wird Übersprechen zu einem Problem, so dass es notwendig ist, einen größeren Abstand von anderen Schaltungselementen bereitzustellen, was zu einer Verringerung der verfügbaren Verdrahtungsdichte führt.

Microstrip-Designs erfordern normalerweise eine externe Abschirmung, was Kosten und Komplexität erhöht. In der Tat ist dies zu einem der wichtigsten Themen bei der Gestaltung von tragbaren Geräten wie Mobiltelefonen geworden. Die treibende Kraft vieler Produkte wird immer kleiner und damit immer dünner. Dies bedeutet, dass die Abschirmschicht näher an der Oberfläche der Leiterplatte ist, was die Kapazität pro Einheitslänge der Übertragungsleitung erhöht und dadurch ihre Impedanz ändert. Wenn Sie sich für die Verwendung von Mikrostreifenübertragungsleitungen und die Ableitung von Impedanzmodellen entscheiden, beachten Sie bitte sorgfältig. Wenn die Leiterbahn durch eine externe Abschirmwand gehen muss, kann es notwendig sein, die Übertragungsleitungsbreite um einen kleinen Abstand zu ändern, normalerweise durch einen "Tunnel", der normalerweise näher an der Oberfläche der Leiterplatte als an der Oberseite des Schildes ist.

Die charakteristische Impedanz des Mikrostreifens wird durch Lotresist oder andere Oberflächenbeschichtungen beeinflusst. Von einem Hersteller zum anderen, oder sogar von einem Brett zum anderen Brett desselben PCB-Lieferant, die Anwendung dieser Beschichtungen kann sehr inkonsistent sein. Daher, Der Einfluss dieser Beschichtungen auf die Impedanz von Oberflächenmikrostreifenspuren ist sehr unbekannt.