Андрей Трундов - Высокоскоростные печатные платы. Примеры применения правил сохранения целостности электрических сигналов и электропитания

Рис. 4 Микрополосковая линия передачи

Параметры однородной микрополосковой линии передачи имеют следующий вид.

Рис.5 Полный набор характеристик однородной микрополосковой линии передачи

Рис.6 Набор числовых характеристик однородной микрополосковой линии передачи

Рис. 7 Параметры стека двухслойной печатной платы

Толщина верхнего и нижнего слоя металлизации равна 35 мкм. Толщина слоя диэлектрика равна 100 мкм. Верхний слой TOP является сигнальным слоем. Нижний слой Bottom является опорным слоем.

По ранее предложенным методикам [9] выполним расчет основных параметров и характеристик однородной микрополосковой линии передачи.

Это именно то, что можно сделать при помощи карандаша и бумаги без использования мощной среды моделирования/анализа конструкции печатной платы. Много это или мало, вы сможете оценить самостоятельно после прочтения книги.

В следующих главах представлены результаты анализа характеристик всех линий передачи, полученные в среде моделирования/анализа HyperLynx SI/PI Mentor (A Siemens Business).

Скорость распространения электромагнитной волны в линии передачи определяется типом линии и электрической проницаемостью диэлектрика.

В полосковой линии передачи сигнальный проводник полностью находится внутри диэлектрика. Скорость распространения электромагнитной волны может быть определена из выражения.

V = c/SQR (ɛμ)

,где SQR – символьное обозначение корня квадратного, μ – магнитная проницаемость (при отсутствии магнитного поля может быть принята равной единице), ɛ – электрическая проницаемость диэлектрика (принята равной четырем для упрощения вычислений), с – скорость света (равна 3х10 8м/с).

Для полосковой линии передачи значение скорости распространения волны при указанных параметрах равно половине значения скорости света

V полос. л.п.= 1,5х10 8 м/с

В микрополосковой линии передачи с одной стороны от сигнального проводника расположен диэлектрик FR-4. С другой стороны диэлектрик отсутствует. Расчет скорости распространения электромагнитной волны может быть затруднен, поскольку точно определить «усредненное» значение электрической проницаемости невозможно без выполнения сложных математических вычислений.

Типовое значение скорости распространения, применяемое для расчетов, может быть принято равным от

1,6х10 8м/с до 1,8х10 8 м/с.

Более точное значение можно определить по параметрам, полученным в среде моделирования/анализа HyperLynx.

Рис. 8 Краткий набор характеристик сегмента однородной микрополосковой линии передачи

Используя набор характеристик сегмента прямой однородной линии передачи, разделим длину линии передачи L = 10 см на время распространения сигнала tраспр. = 604 пс. Получим значение скорости распространения волны, равное

V микрополос. л.п. =L/tраспр. = 1,66х10 8 м/с

Омическое или погонное сопротивление сигнального проводника линии передачи R = 0,3 Ом и значение емкости C = 12 пФ, образованной между сигнальным проводником и опорным слоем с учетом электрической проницаемости диэлектрика между ними, позволяют рассчитать предельно допустимую частоту среза RC фильтра нижних частот (ФНЧ).

Fср = 1/2𝜋RC = 44 ГГц