Double stripline : pourquoi la règle orthogonale n'est pas facultative

L'échange que vous effectuez

Le double stripline place deux couches de routage entre une seule paire de plans de référence. Normalement, chaque couche de signal possède sa propre paire de plans ; ici, ils se partagent.

Cela représente deux couches de cuivre économisées et un cycle de laminage avec elles. Sur un tableau dense en termes de volume, c'est de l'argent réel. C'est pourquoi la double bande continue d'apparaître dans les conceptions à coût réduit, même si l'intégrité du signal suscite des critiques.

Les grognements sont justifiés. Vous échangez le coût de fabrication contre un problème d'accouplement, et le problème d'accouplement ne disparaît pas avec un espacement soigneux. Cela supprime la discipline de routage ou elle ne disparaît pas du tout.

Chaque couche à elle seule n'est qu'une bande décalée

Rien d'exotique. La couche 1 se trouve à une certaine distance du plan supérieur et plus loin du plan inférieur. La couche 2 le reflète. Les deux sont des bandes décalées, résolues de la manière habituelle.

Un point de modélisation est important : l'autre couche de signal n'est pas une référence. C'est un conducteur flottant qui transmet son propre signal. Le traiter comme de la terre donne une impédance faible et optimiste et donne une fausse impression que tout va bien.

Cette hypothèse — l'autre couche est flottante, pas la terre — est exactement ce qui rompt le moment où deux traces se superposent en parallèle. Ce qui nous amène au véritable problème.

Le numéro

Lorsque deux traces situées sur des couches de signal adjacentes se chevauchent, elles se font face à travers un mince diélectrique avec aucun plan entre les. C'est la structure la plus étroitement couplée que vous puissiez construire sur un PCB.

Décomposez-le en modes. Le mode impair place un mur électrique à mi-chemin entre les traces. Le mode pair y place une paroi magnétique, laissant chaque trace référencée principalement sur son propre plan. Le coefficient de diaphonie vers l'arrière ne correspond pas à la division suivante :

Pour une géométrie à double bande typique (espacement des plans de 0,8 mm, couches espacées de 0,33 mm, traces de 0,13 mm dans FR4), elle se situe autour de 20 % .

Vingt pour cent. Un cinquième de la tension de l'agresseur apparaît sur la victime.

Comparez cela au couplage des bords entre voisins sur la même couche à un espacement normal, qui est de quelques pour cent. Le chevauchement large est d'un ordre de grandeur pire, et aucun espacement intra-couche ne le touche, car le couplage ne se produit pas à l'intérieur de la couche.

Poussez les deux couches de signal plus près l'une de l'autre qu'elles ne le sont de leurs avions et le signal grimpe à plus de 50 %.

Donc : itinéraire orthogonalement

Une couche horizontale, l'autre verticale. C'est la règle.

Avec le routage orthogonal, deux traces sur les deux couches ne se chevauchent que là où elles se croisent, soit une zone d'une fraction de millimètre de long. Le couplage s'échelonne avec la longueur couplée, de sorte qu'un croisement isolé n'apporte pratiquement rien. Le chiffre de 20 % est le pire scénario pour les traces parallèles sur une longue distance, et le routage orthogonal rend cette distance nulle.

Appliquez-le à l'aide d'une règle de conception, et non à l'attention du réviseur. Les critiques sont fatigués. Les règles de conception ne le font pas.

Là où ça ne va pas dans la pratique

Une paire différentielle sur une couche, une horloge rapide sur l'autre, juste au-dessus. Celui-ci est méchant, car le rejet en mode commun de la paire n'aide pas. Le couplage large d'un agresseur situé au-dessus de la paire est couplé aux deux conducteurs de manière presque égale. C'est le mode commun, et un récepteur différentiel rejette le bruit différentiel, pas celui-ci. Il passe directement à travers. "Principalement orthogonale." Une couche verticale à 90 % avec quelques longues pistes horizontales pour éviter un obstacle. Ces quelques pistes sont exactement là où se trouve l'accouplement. En supposant que les deux couches ont la même impédance. Elles ne correspondent que si l'empilement est symétrique. La couche la plus proche de son plan est celle à plus faible impédance. Si les deux doivent atteindre la même cible, utilisez des largeurs de trace différentes par couche et inscrivez les deux chiffres sur le dessin de fabrication, car le fabricant ne devinera pas.

Quand dépenser l'argent à la place

Placez un plan entre les deux couches de signal si :

• Vous acheminez n'importe quoi avec un budget de diaphonie serré : DDR, SerDes, stroboscopes rapides.
• Vous ne pouvez pas garantir une discipline de routage à l'ensemble de l'équipe et tout au long de la vie du projet, y compris en ce qui concerne les modifications Rev-C apportées par quelqu'un à la hâte.
• Le plateau comporte déjà suffisamment de couches pour qu'une paire de plus ne soit pas le coût décisif.

Le double stripline est un compromis en termes de coûts. Il convient parfaitement aux conceptions denses et sensibles aux coûts où les signaux sont modérés et le routage est discipliné. C'est une mauvaise idée de prétendre que le couplage n'existe pas.

Vérifier votre propre stack-up

Quelques choses à faire avant de s'engager :

• Calculez le coefficient de couplage pour votre géométrie réelle, et non un coefficient générique. Cela varie beaucoup en fonction de la séparation des couches.
• Vérifiez l'impédance des deux couches séparément.
• Vérifiez le décalage de deuxième couche dérivé. Il est facile d'oublier que les deux épaisseurs de cuivre proviennent du budget plan-plan : 70 µm sur un espace de 0,2 mm, c'est une erreur de 35 % au mauvais endroit.
• Si les couches sont séparées par plus de la moitié de l'espace entre les plans, considérez toute estimation de couplage sous forme fermée comme approximative. C'est en dehors de cette zone que se comportent les modèles simples.

Le calculateur à double bande fournit l'impédance pour les deux couches et le meilleur couplage large pour votre géométrie, et vous avertit lorsque les chiffres dérivent en dehors des limites de fiabilité du modèle.