동일 평면 웨이브가이드 vs 마이크로스트립: 전환 시기

한 줄 버전

마이크로스트립은 복귀 전류를 기판 두께만큼 떨어뜨립니다.동일 평면상의 도파관은 동일한 레이어에 일정한 간격 너비로 배치합니다.저주파에서는 아무도 신경 쓰지 않아요.몇 GHz 이상이면 신경이 많이 쓰이기 시작합니다.

복귀 경로 배치가 중요한 이유

모든 신호에는 리턴이 필요합니다.마이크로스트립의 경우, 그 아래 평면에서 반사되는 부분이 적층체의 두께에 따라 분리되어 적층되는 두께가 0.5mm, 1.6mm가 됩니다.시그널과 리턴 사이의 루프는 사용자가 아니라 보드에 의해 설정됩니다.

CPW 핸드는 뒷면을 제어합니다.그라운드는 트레이스 옆에 있으며, 원하는 간격으로 구분됩니다.더 엄격한 현장 감금을 원하시나요?격차를 좁히세요.루프가 축소되고 방사선이 떨어지며 보드에 있는 다른 부품과의 커플링도 함께 떨어집니다.

사람들이 더 빨리 알아차리는 두 번째 결과가 있습니다. 바로 션트 부품이 간편해진다는 것입니다.마이크로스트립에서 션트 커패시터를 접지한다는 것은 비아를 의미하며, 그 비아에는 모델링해야 하는 인덕턴스가 있습니다.CPW의 접지는 수백 미크론 떨어진 바로 거기에 있습니다.션트 부품은 기생 인덕턴스가 거의 없이 장착됩니다.벤치에서가 아니라 시뮬레이션에서만 작동하는 매칭 네트워크를 찾아본 적이 있다면 비아 인덕턴스를 사용하는 것도 이야기의 일부분일 것입니다.

공식, 그리고 왜 이상해 보이는지

CPW 임피던스는 컨포멀 매핑에서 나옵니다.횡단면을 변환하면 어색한 3도체 형상이 병렬 플레이트 커패시터가 되어 다음과 같은 이점을 얻을 수 있습니다.

$K$는 첫 번째 종류의 완전한 타원 적분입니다.너무 늦추지 마세요. 이 함수는 잘 동작하는 함수이므로 괜찮은 도구라면 누구나 약 5번의 반복을 통해 산술-기하 평균을 사용하여 이 함수를 평가합니다.

흥미로운 부분은 뭐가 빠졌는지예요.기판 높이 없음.두꺼운 기판에서의 이상적인 CPW의 경우 임피던스는$W/(W+2G)$비율에만 의존합니다.전체 횡단면의 크기를 늘리거나 줄이면$ Z_0$가 움직이지 않습니다.

두께가 주요 변수인 마이크로스트립과는 완전히 다릅니다.이는 CPW가 깔끔하게 스케일링된다는 의미이기도 합니다. 동일한 폭-간격 비율이 1mm에서 100µm에서와 동일한 임피던스를 제공합니다.

접지된 CPW 및 그 안의 트랩

무한히 두꺼운 기판 위에 건물을 짓는 사람은 아무도 없습니다.대부분의 설계에서는 열과 기계적 이유로 반대쪽에 평면을 추가하지만, 이제 읽고 있는 논문에 따라 접지된 CPW (GCPW) 또는 도체 뒷면 CPW도 사용할 수 있습니다.

백킹 플레인은 필드를 기판 안으로 당깁니다.유효 유전율은 올라가고 임피던스는 낮아집니다.

다음은 사용 중인 모든 CPW 도구에 대해 확인해 볼 가치가 있는 내용입니다.기판 높이를 위로 올리세요.$h $이 커지면$ k_3 \to k $,$ q \to 1$, 그리고 모든 것이$\varepsilon_{r,eff} = (1+\varepsilon_r)/2$, 즉 근거 없는 답으로 축소될 것입니다.계산기가 이 값에 수렴하지 못하면 계산기의 채우기 계수가 잘못된 것이며, 모든 하위 계산기의 채우기 계수도 잘못된 것입니다.

함정

접지된 CPW는 CPW처럼 동작하지만 동일 평면 지면이 우세합니다.간격이 기판 높이보다 훨씬 넓어지면 필드 대부분이 뒷면 평면에서 끝나도록 하세요.이때 양쪽에 쓸모없는 구리 스트립 두 개가 있는 마이크로스트립이 나오는데 CPW 포뮬러는 수십 퍼센트 차이가 납니다.

경험상,$G \lesssim h$를 지키세요.간격이 기판 높이의 3배라면 CPW라고 부르지 마세요.

구리 두께는 예상보다 더 중요합니다

대부분의 계산기에서는 이 부분이 틀리지만 CPW가 가장 유용하게 쓰이는 부분인 좁은 틈새에 가장 큰 영향을 미칩니다.

유한한 금속 두께는 두 가지 역할을 합니다.

1.스트립을 넓히고 간격을 좁혀줍니다. 잘 문서화된 표준 규격으로, 1온스 구리로$Z_0$몇 퍼센트 낮춥니다. 2.측벽 커패시턴스를 추가합니다. 스트립의 측벽은 틈을 가로질러 지면 측벽을 향하고 있으며, 커패시턴스는 공기 중에서 기판 표면의위 위에 위치합니다.

놓치고 있는 것이 두 번째입니다.추가된 커패시턴스는 공기 중에 있기 때문에 공기가 채워진 커패시턴스와 기판으로 채워진 커패시턴스를 같은 절대량만큼 증가시켜$\varepsilon_{r,eff}$다운을 당깁니다.

얼마인가요?2차원 정전기 필드 솔버를 사용해 확인해 봤습니다.0.3mm 간격의 구리 1온스에서는 약 3.5% 입니다.0.15mm 간격의 2온스에서는 13% 가 넘습니다.두께가 0인 공식은 이 모든 것을 놓치고 오차가 전파 지연과 유도 파장으로 바로 흐르기 때문에 길이 매칭이 동일한 비율로 어긋납니다.

지연이 중요한 곳에서 작업을 수행한다면 이는 반올림 오류가 아닙니다.

스티칭 비아는 선택 사항이 아닙니다.

동일평면 그라운드와 백킹 플레인은 평행 플레이트 캐비티를 형성합니다.보드 가장자리에서만 연결된 상태로 두면 캐비티가 어딘가에서 공명하여 보통 불편한 부분이 생길 수 있습니다.이는 기판 크기를 변경하면 S21에서 설명할 수 없는 날카로운 흡인 현상으로 나타납니다. 실제 회로 공진으로는 그렇지 않기 때문에 실제로 진단하기에 좋습니다.

가장 높은 관심 주파수에서 λ/20을 넘지 않는 간격으로 접지 비아로 라인의 양쪽을 연결하세요.커넥터가 나오거나 다른 불연속성이 있는 부분이 있으면 바로 조여주세요. λ/40은 편집증적이지 않습니다.

그럼 실제로 언제 전환하시나요?

다음과 같은 경우 CPW를 사용하십시오.

• 약 10GHz 이상이면 방사선과 분산이 손상되기 시작합니다.
• 기판이 충분히 두꺼워서 50Ω 마이크로스트립에는 비현실적으로 넓은 트레이스가 필요합니다.
• 신호 경로에 션트 컴포넌트가 있는데 이를 통해 인덕턴스가 부족해집니다.
• 커넥터에 부딪히면 동일 평면의 접지가 커넥터의 외부 접점과 자연스럽게 일직선이 되어 훨씬 더 깔끔하게 전환할 수 있습니다.

다음과 같은 경우에는 마이크로스트립을 계속 사용하십시오.

• 기판이 약 0.2mm 미만으로 얇습니다.간격에 관계없이 백킹 플레인이 우세하므로 마이크로스트립의 거동과 제작 제약이 더 커집니다.
• 제작자의 갭 허용 오차가 좁습니다.CPW 임피던스는 폭과 간격의 비율에 따라 달라지므로 에칭 허용 오차는 두 배에 달합니다.
• 설계상 필요한 것은 없습니다.CPW는 동일 평면 그라운드의 보드 면적을 차지하며 스티칭 요구 사항을 추가합니다.마이크로스트립이 작동할 경우 마이크로스트립을 사용하십시오.

실용 노트

비율을 일정하게 유지하십시오. 테이퍼, 벤드 및 패드 전환을 할 때마다$W/G$키를 누릅니다.이것이 임피던스를 보존하는 것이지 절대 치수를 보존하는 것이 아닙니다.트레이스가 연속된 것처럼 보이더라도 간격을 좁히지 않고 중심 도체를 아래로 밀어 넣는 것은 불연속입니다. 간격 허용 오차가 허용하는 한도 내에서 넓히십시오. 도체 손실은 폭이 커질수록 감소하며, 고정된 에칭 허용 오차는 넓은 형상의 일부에 비해 극히 일부에 불과합니다. 저손실 라미네이트의 표면 거칠기를 관찰하십시오. CPW는 갭 가장자리에 전류를 집중시키므로 마이크로스트립보다 모서리 거칠기가 더 비쌉니다.손실 탄젠트 때문에 값비싼 라미네이트를 구입했다면 구리 프로파일을 통해 이득을 돌려주지 마십시오. 동일평면 도파관 계산기 를 사용하여 수치를 계산해 보세요. CPW와 접지된 CPW를 모두 처리하고 임피던스와 유효 유전율에 대한 구리 두께 효과를 포함하며 선택한 중심 폭에 대해 50Ω에 도달하는 간격을 알려줍니다.