Рассчитайте характеристическое сопротивление для трасс внешнего слоя печатной платы используя замкнутые уравнения IPC-2141. Включает эффективную Dk, задержку распространения и рекомендации по оптимизации проектирования.
Поперечное сечение поверхностной микрополосковой линии
Замкнутые уравнения IPC-2141A для расчета импеданса поверхностной микрополосковой линии
Действительно для отношения W/H между 0.1 и 3.0
Обычно εeff ≈ 0.6 × εr до 0.8 × εr для FR-4
Сигналы микрополосковой линии распространяются быстрее, чем полосковой линии, из-за более низкой эффективной Dk
Стандарт для RF и высокоскоростных цифровых сигналов. Типичная геометрия:
Дифференциальный импеданс 100Ω для USB, HDMI, Ethernet:
Покрытие паяльной маской влияет на импеданс:
Для сигналов >1 Гбит/с:
Микрополосковая линия излучает больше, чем полосковая:
Для успеха производства:
| Свойство | Microstrip | Stripline | Копланарный Волновод |
|---|---|---|---|
| Расположение | Внешний слой | Внутренний слой | Внешний слой |
| Опорные Плоскости | 1 (снизу) | 2 (сверху и снизу) | 1 + копланарные земли |
| Задержка Распространения | ~145 ps/in | ~175 ps/in | ~130 ps/in |
| Излучение ЭМИ | Умеренный | Низкий | Умеренный |
| Контроль Импеданса | Хороший (±10%) | Отличный (±5%) | Хороший (±10%) |
| Производство | Легко | Требуется многослойная плата | Умеренный |
| Лучше Для | RF, Высокоскоростная цифровая | Тактовые сигналы, чувствительные сигналы | mmWave, RF-переходы |
Микрополосковая линия - это тип линии передачи, состоящий из проводящей полосы, отделенной от плоскости заземления диэлектрической подложкой. Она расположена на внешних слоях печатной платы с воздухом над трассой и диэлектриком снизу. Эта асимметричная структура приводит к квази-ТЕМ режиму распространения.
Эффективная Dk - это взвешенное среднее диэлектрических постоянных, видимых электрическим полем. Поскольку часть поля проходит через воздух (Er=1), а часть через подложку (Er=4.0-4.5 для FR-4), эффективная Dk ниже, чем Dk подложки, обычно около 3.0-3.5 для микрополосковых линий FR-4.
На импеданс микрополосковой линии влияет толщина паяльной маски, влажность и близлежащие компоненты, потому что электрическое поле распространяется в воздух над трассой. Stripline полностью закрыта диэлектриком, обеспечивая более стабильный импеданс. Производственные вариации в покрытии внешнего слоя также больше влияют на микрополосковую линию.
Для стандартных печатных плат FR-4 импеданс микрополосковой линии обычно находится в диапазоне от 30Ω до 120Ω. Обычные цели - 50Ω для несимметричных РЧ/высокоскоростных сигналов, 75Ω для видео и 85-100Ω для дифференциальных пар. Для значений ниже 30Ω требуются очень широкие трассы; для значений выше 120Ω требуются чрезвычайно узкие трассы, которые трудно изготовить.
Паяльная маска (обычно Er=3.5-4.0, толщина 0.5-1.5mil) покрывает трассу микрополосковой линии и немного понижает импеданс на 2-5Ω. Это называется 'покрытая микрополосковая линия'. Для точного контроля импеданса указывайте отверстия в паяльной маске над трассами с контролируемым импедансом или учитывайте покрытие в расчетах.
Inner layer traces with dual reference planes.
Пары 100Ω для USB, HDMI, PCIe.
RF и mmWave приложения.
Все уравнения импеданса объяснены.
90Ω дифференциальный
PCIe85Ω дифференциальный
Ethernet100Ω дифференциальный
HDMI100Ω TMDS
DDR540Ω несимметричный