Linie paskowe czy mikropaskowe: zrozumienie różnic między nimi oraz wytyczne trasowania ścieżek PCB

Trasowanie ścieżek PCB

Gdy pierwszy raz usłyszałem prezentację o technikach szybkiego projektowania, nic z tego nie zrozumiałem. Ponieważ był to początek mojej kariery jako inżyniera, to jestem pewien, że moja dezorientacja spowodowana była brakiem doświadczenia. Cała koncepcja linii paskowych oraz mikropaskowych nie miała dla mnie najmniejszego sensu i myślałem, że instruktor opowiadał o projekcie PCB całkowicie innego typu, którego nie znałem. Na szczęście szybko wyszedłem z błędu gdy tylko zrozumiałem, że to nie same schematy układów PCB wykonuje się w technice paskowej lub mikropaskowej, a są to różne metody trasowania linii transmisyjnych wysokich prędkości na płytkach PCB. 

Zrozumienie linii paskowych oraz mikropaskowych może być trudne, więc niezależnie od tego czy dopiero zaczynasz projektować układy PCB, czy chcesz odświeżyć temat, oto podstawowy przegląd technologii, z którym warto się zapoznać.

Metody trasowania ścieżek PCB – linie paskowe i mikropaskowe

Linie paskowe i mikropaskowe: czym są?

Linie paskowe oraz mikropaskowe są metodami trasowania ścieżek  PCB. Linia paskowa jest ścieżką transmisyjną otoczoną przez materiał dielektryczny zawieszony między dwiema płaszczyznami uziemienia na wewnętrznych warstwach płytki drukowanej. Trasowanie mikropaskowe oznacza ścieżkę transmisyjną umieszczoną na zewnętrznej warstwie płytki. Z tego powodu od pojedynczej płaszczyzny uziemienia oddziela ją warstwa materiału dielektrycznego.

Dzięki ścieżce transmisyjnej umieszonej na powierzchni płytki, trasowanie mikropaskowe zapewnia lepszą charakterystykę sygnału od linii paskowych. Wytworzenie płytki w technologii mikropaskowej jest również tańsze, ponieważ struktura jednej płaszczyzny uziemiającej oraz jednej warstwy sygnałowej upraszcza proces produkcyjny. Proces produkcyjny wykorzystujący trasowanie paskowe może być również bardziej skomplikowany, ponieważ wymaga wielu warstw do utrzymania ścieżki między dwiema płaszczyznami uziemienia. Jednakże, szerokość ścieżki o kontrolowanej impedancji w technologii wykorzystującej linie paskowe jest mniejsza od ścieżki mikropaskowej o tej samej wartości z powodu drugiej płaszczyzny uziemienia. Węższe ścieżki zwiększają ich gęstość, co z kolei pozwala na bardziej kompaktowy projekt. Wewnętrzne trasowanie ścieżek PCB metodą linii paskowych redukuje również zakłócenia elektromagnetyczne (EMI) i zapewnia lepszą ochronę przed zagrożeniami.

Zarówno linie paskowe, jak i mikropaskowe oferują różne korzyści. Decyzja co do tego, która metoda jest lepsza, powinna bazować na potrzebach projektu. Przy gęsto upakowanych projektach obwodów często wykorzystuje się obie techniki jednocześnie na wielowarstwowych płytkach, aby osiągnąć zamierzone cele.

Ponadto, niezwykle ważne jest utrzymanie kontrolowanej impedancji na całej płytce podczas trasowania ścieżek PCB na potrzeby układów o szybkich prędkościach. Warstwa płytki, na którą naniesiona jest ścieżka, fizyczne charakterystyki ścieżki transmisyjnej i charakterystyki materiałów dielektrycznych muszą zostać obliczone razem, aby uzyskać prawidłowe wartości impedancji dla obwodu. Istnieje wiele różnych kalkulatorów impedancji, dla różnych modeli linii paskowych i mikropaskowych, w których można wykonać obliczenia.

Trasowanie ścieżek PCB w układach o szybkich prędkościach

Przykłady trasowania paskowego i mikropaskowego

Poniżej znajdują się przykłady technik trasowania ścieżek PCB metodą linii paskowych oraz mikropaskowych oraz sposób, w jaki niektóre z ich właściwości wpływają na obliczenia impedancji:

1. Mikropasek. Ścieżki prowadzone na zewnętrznych warstwach są uważane za mikropaskowe. Model dla nich opiera się na grubości i szerokości ścieżki oraz wysokości podłoża i typie dielektryka.
2. Mikropasek ze wspólną krawędzią (Edge-Coupled). Tej techniki używa się do trasowania par różniczkowych. Jest to ta sama struktura, co regularne trasowanie mikropaskowe, ale model jest bardziej złożony dzięki dodaniu odstępu dla pary różnicowej.
3. Wbudowany mikropasek. Struktura ta jest podobna do regularnej mikropaskowej, z tym wyjątkiem, że nad ścieżką transmisyjną znajduje się kolejna warstwa dielektryka. Maskę lutowniczą można uznać za warstwę dielektryczną i należy ją uwzględnić w obliczeniach impedancji.
4. Symetryczne linie paskowe. Ścieżki transmisyjne wykonane na wewnętrznych warstwach (między dwiema płaszczyznami uziemienia) uważa się za symetryczną linię paskową lub po prostu zwykłe „linie paskowe”. Podobnie jak w przypadku mikropaskowych, ich model jest oparty na grubości i szerokości śladu oraz wysokości podłoża i typie materiału dielektrycznego z obliczeniami dostosowanymi do ścieżki osadzonej między dwiema płaszczyznami.
5. Asymetryczne linie paskowe. Chociaż ten model jest podobny pod względem struktury do symetrycznego modelu linii paskowej, uwzględnia on trasę ścieżki transmisyjnej, która nie jest dokładnie zrównoważona między dwiema płaszczyznami.
6. Linia paskowa ze wspólną krawędzią (Edge-Coupled). Tej techniki używa się do trasowania par różnicowych warstwy wewnętrznej. Ma taką samą strukturę jak zwykła linia paskowa, ale jej model jest bardziej złożony dzięki dodaniu odstępu trasowania dla pary różnicowej.
7. Linia paskowa ze wspólnym pasem (Broadside-Coupled). Ta technika jest również używana do trasowania par różnicowych warstwy wewnętrznej, ale zamiast obok siebie pary są układane jedna na drugiej. Model jest podobny jak w przypadku linii paskowej ze wspólną krawędzią.

Mam nadzieję, że ten samouczek dotyczący linii paskowych i mikropaskowych okazał się pomocny w wyjaśnieniu niektórych wątpliwości wokół tych pojęć. Zrozumienie, czym różni się trasowanie ścieżek PCB przy pomocy linii paskowych i mikropaskowych, pomoże ostatecznie zaprojektować lepszą płytkę PCB wysokiej prędkości.

Chcesz dowiedzieć się więcej na temat szybkiego projektowania i tego, w jaki sposób  oprogramowanie CAD pomoże Ci osiągnąć sukces? Porozmawiaj z ekspertem Altium.