Stripline vs Microstrip: differenze nella progettazione e nell'integrità del segnale

Introduzione

Conoscere la differenza tra stripline e microstrip è necessario per progettare PCB efficaci. Queste due linee di trasmissione parametriche hanno le seguenti particolarità a seconda dell'applicazione. Le stripline offrono una schermatura superiore rispetto alle microstrip, mentre d'altro canto le microstrip sono più economiche e meno complesse nella progettazione. È stato stabilito che la selezione di quella giusta fornirà la giusta integrità del segnale.

Microstrip vs. Stripline e le loro configurazioni

Queste due diverse linee di trasmissione sono utilizzate principalmente nella progettazione di PCB. Ognuna di esse ha le proprie configurazioni per i particolari requisiti di integrità del segnale.

Microstriscia

Sulla parte superficiale di un PCB, si trova una trasmissione chiamata Microstrip. È più facile da creare e anche meno costosa da produrre. A causa del suo posizionamento vulnerabile, è soggetta a interferenze da parte di altre entità circostanti. Le Microstrip sono più adatte per frequenze operative più basse che non sono molto sensibili.

stripline

A striscia è situato tra due strati del PCB, quindi è molto sicuro dalle interferenze elettromagnetiche. Ciò lo rende adatto soprattutto per tempi elevati e disegni ad alta velocità usi che richiedono l'integrità del segnale. Ciò lo rende coerente nella sua impedenza e riduce al minimo la perdita di segnale. Le linee a strisce, d'altro canto, sono leggermente più costose e complicate in termini di produzione.

Come scegliere la giusta configurazione degli strati nella progettazione di PCB

La selezione dello stack di strati appropriato e dell'integrità del segnale, della frequenza e della complessità della scheda sono i fattori chiave nella selezione della configurazione di strati. Le microstrisce sono adatte per circuiti a bassa frequenza e per quei circuiti di complessità moderata. Sepolte tra le stripline, sono perfette per operazioni ad alta frequenza, dove è richiesta una maggiore schermatura dai disturbi. La tua decisione si basa su costi, prestazioni e spazio. La questione di interesse qui è la necessità di progettare un logo che rifletta la tua azienda o il tuo marchio, quindi la scelta che fai dovrebbe dipendere dalle tue esigenze specifiche.

Differenze chiave tra Microstrip e Stripline

Le microstrisce sono posizionate sulla superficie dello strato mentre le stripline sono posizionate all'interno degli strati. Le stripline forniscono una potenza migliorata sulla schermatura e anche una qualità del segnale su progetti ad alta frequenza.

Confronto basato sulla struttura

Le microstrisce sono esterne al PCB e si trovano sul lato esterno del PCB, dove sono esposte all'aria e ad altre condizioni. Le stripline fanno parte del layout del PCB e sono posizionate orizzontalmente schermate tra due piani di massa. Questa differenza strutturale influisce sulle prestazioni e sulle interferenze correlate ai processi concorrenti. Le microstrisce richiedono meno consigliato per la tecniche rispetto alla stripline, ma quest'ultima è migliore in termini di schermatura dal rumore.

Confronto basato sul principio di funzionamento

Le microstrisce consentono ai segnali di viaggiare attraverso l'aria e il dielettrico del substrato, il che aumenta la radiazione e le possibili perdite. Le stripline aiutano a isolare i segnali tra gli strati del circuito stampato, migliorando così la schermatura e riducendo al minimo la radiazione. Pertanto, le stripline sono utili nei progetti ad alta frequenza. Le microstrisce, tuttavia, sono facili da implementare per alcune di queste applicazioni più semplici.

Posizione

Le microstrisce sono situate sullo strato esterno del PCB e sono quindi soggette a contatto fisico con altri oggetti, inclusa l'aria. Le stripline sono posizionate tra gli strati, sono completamente racchiuse dal piani di terraÈ a questo proposito che questo posizionamento influisce sulle prestazioni in particolare per quanto riguarda le operazioni ad alta frequenza.

Confronto basato sull'integrità del segnale e sulla schermatura

Le microstrisce sono molto più suscettibili alle interferenze provenienti dall'ambiente esterno poiché sono montate sulla superficie e attaccano l'integrità del segnale. OFDM Tutte le stripline del campo di frangiatura sono schermate tra gli strati delle schede a circuito stampato, offrendo al segnale una protezione migliorata contro il campo em. Le stripline forniscono anche una migliore integrità del segnale rispetto alla linea microstrip, in particolare ad alta frequenza, che è soggetta a rumore.

Vantaggi e svantaggi di Stripline vs Microstrip

Come in molti altri casi, sia le microstrisce che le stripline presentano i loro peculiari vantaggi e svantaggi in Progettazione PCBDi conseguenza, la decisione spetta a te, in base alle prestazioni, al costo e alla complessità.

Applicazioni di Microstrip vs Stripline

Le microstrisce sono adatte per PCB a bassa frequenza e non sensibili che non richiedono molta schermatura. Le stripline sono principalmente incorporate in circuiti ad alta velocità e alta frequenza in cui problemi come le interferenze del segnale sono considerati molto essenziali. A seconda del design e dell'applicazione del dispositivo.

L'essenza di una linea Microstrip in un PCB

A microstrip line è un tipo di linea di trasmissione che si trova sul piano esterno del PCB. Trasporta segnali elettrici e una parte della struttura è esposta all'aria mentre la seconda parte giace su un materiale dielettrico.

Modalità di propagazione nelle linee microstrip

Le linee Microstrip sono responsabili del trasferimento dei segnali in modalità elettromagnetica trasversale. Sono presenti sia campi elettrici che magnetici, tuttavia, non tutti sono trasversali. I campi viaggiano in parte attraverso il substrato dielettrico e anche in parte attraverso l'aria circostante. L'uso della propagazione a doppio mezzo ha un impatto sulla velocità di propagazione e sulla purezza del segnale. La modalità quasi-TEM dà origine a radiazioni di segnale che possono rappresentare una minaccia di interferenza. Ha alti livelli di interferenza che la rendono adatta per applicazioni con una bassa frequenza di operazioni.

Costante dielettrica effettiva in microstrisce

Un altro fattore importante nella linea microstrip è la costante dielettrica del materiale e per le linee microstrip esistenti, è incluso anche il materiale sopra il PCB. Poiché una parte del campo elettromagnetico è nell'aria circostante il substrato e la costante dielettrica dell'aria è inferiore a quella del substrato; ϵeff sarà inferiore alla costante dielettrica del substrato. Ciò influisce sulla sua propagazione e sull'impedenza associata a una particolare frequenza del segnale. Ciò significa che quando ϵeff si riduce, il sistema può trasmettere segnali a una velocità maggiore. Ma ciò comporta anche un aumento della radiazione e della perdita del segnale e la dimensione della microstrip limita anche l'elettricità energia che può essere immesso nella linea. Alcune delle considerazioni di progettazione consentono il potenziamento di ϵeff per prestazioni migliorate.

Caratteristica di impedenza della linea Microstrip

L'impedenza caratteristica della linea microstrip dipende dalla larghezza del conduttore, dall'altezza sul dielettrico e dalla costante dielettrica effettiva. Spiega l'impedenza per i segnali che la attraversano. Un controllo appropriato dell'impedenza determina la qualità del segnale mentre anche le riflessioni vengono mantenute a livelli minimi.

Capacità delle linee Microstrip

La capacità nelle linee microstrip è compresa tra il segnale tracciare che trasporta il segnale e il piano di massa. Dipende dalle proprietà del materiale dielettrico utilizzato e dalla separazione tra il conduttore e la massa. I segnali possono anche essere rallentati mentre l'energia viene immagazzinata a livelli di capacità superiori a quelli richiesti. Ciò significa che la capacità dovrebbe essere progettata in modo da facilitarne il bilanciamento con l'obiettivo di consentire il massimo trasferimento del segnale. La capacità è un altro parametro la cui gestione è di fondamentale importanza durante la progettazione di circuiti ad alta frequenza.

Costante di ritardo nelle linee Microstrip

La costante di ritardo di una linea microstrip è definita come il tempo impiegato dal segnale per viaggiare nella linea microstrip. Tutto dipende quindi dalla costante dielettrica del substrato a cui verrà applicata e dalle dimensioni fisiche della linea. Di conseguenza, c'è una trasmissione del segnale lenta per una costante dielettrica elevata, mentre per una costante dielettrica bassa, c'è sempre una trasmissione del segnale veloce. Il ciclo di lavoro è molto cruciale nell'influenzare la temporizzazione e la sincronizzazione dei segnali complessivi nella maggior parte dei progetti PCB. Un progetto di segnale efficace non lascia alcun ritardo al segnale e offre le migliori prestazioni per qualsiasi segnale.

Perdite nelle linee Microstrip

Le principali fonti di perdite nelle linee microstrip includono perdite di conduttore, perdite dielettriche e perdite di radiazione. Molte di queste perdite riducono la potenza e la qualità del segnale, specialmente a frequenze più elevate. Tali percorsi di segnale richiedono la riduzione al minimo delle perdite per preservare l'integrità del segnale, come è comune nei progetti ad alta velocità.

Come ridurre le perdite nelle linee microstrip?

Per ridurre al minimo le perdite nelle linee microstrip, è quindi possibile incorporare materiali dielettrici a bassa perdita e più uniformi rame superfici. Hanno anche osservato che con un aumento della larghezza della traccia, anche la resistenza del conduttore diminuisce. Ciò implica che lo spessore dielettrico dovrebbe essere ridotto al minimo e che l'uso di configurazioni microstrip sospese potrebbe tendere a ridurre al minimo le perdite dielettriche. Per ridurre gli effetti delle radiazioni è necessario mettere a terra e schermare le onde in modo appropriato. Tali considerazioni consentono di preservare l'integrità del segnale oltre a ridurre al minimo la perdita.

Cos'è una stripline in un PCB?

Una stripline è una linea di trasmissione che si trova tra due piani di massa nella lastra dielettrica di un PCB. Offrono un'eccellente schermatura del segnale e isolamento dalle interferenze esterne. Le stripline sono adatte per applicazioni ad alta frequenza in cui la qualità del segnale e le interferenze sono di grande importanza.

Impedenza caratteristica di una stripline

Nel caso di stripline, l'impedenza caratteristica è determinata dalla larghezza del conduttore, dalla spaziatura tra i piani di massa e dal materiale dielettrico utilizzato. Rispetto alle microstrisce, le stripline forniscono un controllo migliorato dell'impedenza grazie al mantenimento di una forma completamente chiusa. Quindi c'è la necessità di mantenere il giusto livello di impedenza per ridurre al minimo l'interferenza del segnale, in particolare nei segnali ad alta velocità.

Capacità delle Striplines

La capacità di shunt in stripline si sviluppa tra la striscia che trasporta il segnale e i piani di massa che la racchiudono. Dipende dal dielettrico del materiale utilizzato e dalla distanza tra il conduttore e la massa. Ciò significa che l'aumento della capacità rende la trasmissione più lenta e aumenta l'energia immagazzinata. La capacità, in particolare per i progetti ad alta velocità, deve essere gestita in modo efficace. Nella progettazione corretta della stripline, si dovrebbe garantire che le capacità siano realizzate in modo uniforme in modo da ottenere la migliore trasmissione.

Costante di ritardo delle stripline

La costante di ritardo associata alle linee di striscia è correlata al tempo impiegato dal segnale per arrivare attraverso la linea specifica. Ciò è in accordo con la costante dielettrica e la dimensione fisica della stripline. Con una costante dielettrica aumentata, c'è poca trasmittanza di energia in un dato mezzo, il che significa che la velocità del segnale sarà notevolmente bassa. Poiché le stripline sono strutture chiuse, di solito presentano costanti di ritardo meno variabili rispetto alle microstrisce. Ciò consente di ottenere un migliore coordinamento e sincronizzazione, specialmente in PCB multistrato o multifase.

Considerazioni sulla progettazione della stripline

Spesso ci sono molte scelte per il dielettrico materiale e decisioni come le dimensioni del conduttore vengono prese quando si progetta una stripline. Sono importanti sia il controllo dell'impedenza della sorgente che l'incorporazione della schermatura. adeguato controllo di impedenza e la schermatura deve essere realizzata. Le soluzioni multistrato possono migliorare le prestazioni delle strategie organizzative, ma introducono nuove sfide e spese.

Vantaggi della disposizione Stripline

Dalla descrizione precedente, le linee a strisce forniscono una migliore schermatura contro l' interferenza elettromagnetica poiché è inserito tra due Ground Plane. Questa disposizione fornisce una migliore qualità del segnale e perdite di radiazione ridotte al minimo. Le stripline sono adatte per applicazioni che hanno un'elevata frequenza operativa con bassa immunità al rumore. Offrono anche un buon controllo dell'impedenza, il che è particolarmente importante nelle stripline ad alta velocità che vengono utilizzate in circuiti ad alta frequenza.

Limitazioni della disposizione Stripline

Le stripline possono essere più complesse e costose da sviluppare e produrre rispetto alla maggior parte delle altre linee di trasmissione. La maggior parte di esse è integrata nella struttura con tolleranze strette, il che implica una maggiore intensità di progettazione della fabbricazione e montaggio processi. Inoltre, consumano più area sul PCB a causa della sua struttura multistrato rispetto a un PCB a strato singolo.

Controllo dell'impedenza in Microstrip vs. Stripline

Il controllo dell'impedenza del segnale è significativo nell'assistere l'integrità del segnale nei progetti microstrip e stripline. I microstrip pongono sfide con l'impedenza poiché parte della struttura è esposta e pertanto dovrebbe essere ben progettata. Le stripline offrono inoltre un migliore controllo dell'impedenza grazie alla loro formazione chiusa che tende a minimizzare le riflessioni e le perdite del segnale allo stesso tempo.

Tecniche di routing con Microstrip vs Stripline

Il routing Microstrip significa il routing di quelle strisce che si trovano sulla superficie del dielettrico e nell'aria e quindi il controllo dell'impedenza e il controllo dell'interferenza sono i più difficili. Per quanto riguarda la tecnica di routing, il routing Stripline con tracce tra i piani di massa fornisce una migliore schermatura e una perdita di segnale minima.

Tecniche di routing microstrip

Il routing Microstrip prevede il posizionamento delle tracce sulla superficie esterna del PCB con il lato superiore in aria e completamente suscettibile a qualsiasi forma di interferenza. Alcune delle pratiche includono tracce larghe per ridurre al minimo la resistenza che interviene tra di esse e una spaziatura uniforme delle tracce. Tre delle tecniche di messa a terra più utili includono; l'uso di buone pratiche di messa a terra per ridurre la perdita di segnale e la diafonia. L'uso di un routing appropriato significa che l'affidabilità può essere raggiunta in applicazioni meno rilevanti fuori controllo.

Tecniche di routing Stripline

Il routing stripline è una delle tecniche di routing più importanti, in cui le tracce vengono posizionate tra due piani di massa del PCB. Tale configurazione incapsulata riduce al minimo sia l'interferenza elettromagnetica sia la perdita di segnale. Alcuni di questi metodi includono il corretto posizionamento degli strati e la definizione di intervalli di distanza corretti tra le tracce e i piani di massa. Le stripline vengono utilizzate quando sono necessarie progettazioni con frequenze più elevate e quando i segnali devono essere trasmessi con il minimo rumore.

Stripline vs. Microstrip: fare la scelta giusta

La scelta tra stripline e microstrip dipende dalla possibilità di progettazione in una situazione specifica. Le microstrip sono preferite in applicazioni a bassa potenza, semplici e a bassa frequenza per la loro facilità di fabbricazione e relativamente più economiche. Tuttavia, sono ulteriormente vulnerabili agli effetti delle interferenze elettromagnetiche, quindi alla qualità del segnale. Le stripline sono posizionate tra due piani di massa e quindi offrono una schermatura migliore rispetto alla linea microstrip e sono più adatte per applicazioni ad alte frequenze con rumore molto basso. Offrono anche un migliore controllo del livello di impedenza rispetto alla varietà ibrida. Ciò implica che nel caso in cui si decida di utilizzare questo sistema per il proprio progetto, si considerino fattori come la complessità del progetto, bilanciando al contempo i costi sostenuti quando si utilizza il sistema con le prestazioni necessarie per il progetto.

Domande frequenti su Stripline vs. Microstrip

È possibile utilizzare stripline e microstrisce nello stesso circuito?

Sì. L'uso di entrambi produce libertà di progettazione che consente l'ottimizzazione di segnali diversi e delle loro frequenze. Le microstrisce sono adatte nelle applicazioni di segnali di superficie mentre le linee a strisce sono più chiuse e preferite per segnali importanti ad alta frequenza. L'uso di questo approccio ibrido migliora il circuito in tutte le prestazioni.

Conclusione

In genere, la scelta tra stripline e microstrip dipende dalla frequenza di progettazione e da altre considerazioni sulle prestazioni inerenti alla progettazione. Le stripline hanno prestazioni migliori in ambienti ad alta frequenza e rumore, mentre le microstrip vengono utilizzate per progetti relativamente semplici. Ognuno ha il suo merito relativo e quindi si dovrebbe considerare attentamente il tipo di progetto in cui si è coinvolti. Serve come modo per fare la scelta giusta che porta a un'efficienza e un'affidabilità migliorate del PCB.