Tecnologia PCB - Progettazione del layout PCB a radiofrequenza (Rf)

Finora, microstrip è ancora la struttura della linea di trasmissione più comunemente usata nella progettazione di radiofrequenza e microonde. Tuttavia, man mano che la velocità e la densità dei progetti di tecnologia digitale e ibrida continuano ad aumentare, la situazione sta diventando sempre meno.

Perché per la stessa impedenza, la linea di microstrip è solitamente più ampia della linea di strip e poiché la radiazione associata alla linea di microstrip aumenta, richiede sia più spazio di cablaggio PCB che una distanza maggiore nelle tracce vicine. Nei progetti RF o microonde puri, questo di solito non è un problema, ma con la domanda di prodotti più piccoli e il conseguente aumento della densità dei componenti, diventa un'opzione meno facilmente disponibile.

Struttura

La linea di trasmissione microtrip è composta da un conduttore (solitamente rame) con larghezza W e spessore t. Il conduttore è instradato su un piano di terra più largo della linea di trasmissione stessa e separato da un dielettrico con spessore H. La migliore prassi consiste nel garantire che il piano di riferimento del suolo si estenda almeno 3H su entrambi i lati della traccia microtrip superficiale.

vantaggio

Storicamente, il vantaggio principale della linea microstrip può essere la possibilità di utilizzare solo due strati di schede, mentre tutti i componenti sono montati su un lato. Questo semplifica il processo di produzione e assemblaggio ed è la soluzione a circuito stampato RF più basso costo. Poiché tutti i collegamenti e i componenti sono sulla stessa superficie, non è necessario utilizzare vias quando si effettuano collegamenti. Oltre ai fattori di costo, questo è anche ideale, perché l'uso di vias non aumenta la capacità o l'induttanza.

Per quanto riguarda la stessa impedenza, la traccia microstrip è solitamente più ampia della traccia stripline. Pertanto, poiché la tolleranza di incisione nella produzione è un valore assoluto, è più facile controllare l'impedenza caratteristica della traccia in modo più rigoroso. Pertanto, se la larghezza della traccia PCB è di 20 mil e la larghezza è ridotta di 1 mil a causa dell'eccessiva incisione, allora questa è una quantità molto grande rispetto all'eccessiva incisione di 5 milioni di linee di striscia e riducendo la larghezza a 4 mil. Piccola variazione percentuale. Ad esempio, nel materiale FR408, una traccia microstrip che è 20 mil più alta del terreno e 11,5 mil più alta, con una costante dielettrica di 3,8, produrrà circa 50,8 ohm. Se questa traccia viene ridotta a 19 mil, l'impedenza caratteristica sarà di circa 52,6 ohm, e l'impedenza caratteristica aumenterà del 3,6%. Nello stesso materiale, una stripline da 5 mil con 6 mil messa a terra nella parte superiore e inferiore genererà circa 50,35 ohm, ma quando si riduce da 1 mil a 4 mil, l'impedenza caratteristica sarà di circa 56,1 ohm, Al completamento di determinati progetti, non viene specificata l'impedenza caratteristica della traccia finale, ma viene specificata la larghezza finale. Nello stesso schema di sovraincisione, riducendo i 5 milioni di tracce di 1 milione di mil ridurrà la larghezza finale della traccia del 20%, e riducendo i 20 milioni di tracce di 1 milione di mil ridurrà la larghezza del 5%.

carenze

Poiché la linea di trasmissione microtrip è solitamente molto ampia e posata sulla superficie del circuito stampato, ciò significa che la superficie disponibile per il posizionamento dei componenti sarà ridotta. Questo rende il microtrip inutile per i progetti di tecnologia ibrida ad alta densità, che sono quasi sempre preziosi per lo spazio.

Le linee di trasmissione microstrip irradiano più di altri tipi di linee di trasmissione, che saranno il principale contributo all'EMI irradiato complessivo del prodotto.

In terzo luogo, poiché la radiazione dal microstrip aumenta, il crosstalk diventa un problema, quindi è necessario fornire un aumento della distanza da altri elementi del circuito, con conseguente diminuzione della densità di cablaggio disponibile.

I progetti di microstrip di solito richiedono schermatura esterna, che aumenta i costi e la complessità. Infatti, questo è diventato uno dei problemi più importanti nella progettazione di dispositivi portatili come i telefoni cellulari. La forza motrice di molti prodotti sta diventando sempre più piccola e quindi sempre più sottile. Ciò significa che lo strato di schermatura sarà più vicino alla superficie del circuito stampato, il che aumenterà la capacità per unità di lunghezza della linea di trasmissione, cambiando così la sua impedenza. Quando si sceglie di utilizzare linee di trasmissione microstrip e di derivarne modelli di impedenza, si prega di considerare attentamente. Se la traccia deve passare attraverso una parete esterna di schermatura, può essere necessario modificare la larghezza della linea di trasmissione di una piccola distanza, solitamente attraverso un "tunnel", che di solito è più vicino alla superficie della scheda rispetto alla parte superiore dello scudo.

L'impedenza caratteristica del microtrip sarà influenzata dalla resistenza alla saldatura o da altri rivestimenti superficiali. Da un produttore all'altro, o anche da una scheda all'altra dello stesso fornitore di PCB, l'applicazione di questi rivestimenti può essere molto incoerente. Pertanto, l'impatto di questi rivestimenti sull'impedenza delle tracce di microtrip superficiale è molto sconosciuto.