PCB

듀얼 스트립라인 임피던스 계산기

듀얼 스트립라인 (하나의 플레인 쌍을 공유하는 두 개의 라우팅 레이어) 의 두 신호 레이어에 대한 임피던스와 트레이스가 겹칠 때의 브로드사이드 크로스토크 페널티를 계산합니다.

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공식

Z_{0n} = \frac{2 Z_a Z_b}{Z_a + Z_b},\qquad k_b = \frac{Z_{even} - Z_{odd}}{Z_{even} + Z_{odd}}

참고: IPC-2141A; E. Bogatin, "Signal and Power Integrity — Simplified", 3rd ed., ch. 11

b— Plane-to-plane spacing (mm)

h₁— Layer 1 to upper plane (mm)

h₂— Layer 2 to lower plane (mm)

s— Separation between the two signal layers (mm)

k_b— Broadside backward-crosstalk coefficient

작동 방식

이중 스트립라인은 한 쌍의 참조 평면 사이에두 라우팅 레이어를 배치합니다.한 쌍의 플레인 가격으로 두 개의 신호 레이어를 얻을 수 있으므로 밀도가 높은 보드에서는 두 개의 구리 레이어와 라미네이션 주기를 절약할 수 있습니다.지불하는 비용은 두 신호 계층 간의 결합에 따른 것이므로 기하학적 구조가 아닌 라우팅 원칙에 따라 관리해야 합니다.

각 신호 계층은 그 자체만으로도 단순히 오프셋 스트립라인입니다.계층 1은 위쪽 평면에서 $h_1$ , 아래쪽 평면에서 $s + t + h_2$ 에 위치합니다. 계층 2는 미러입니다.콘의 병렬 하프 구조로 이 두 문제를 모두 해결할 수 있습니다.

Z_ {0} =\ frac {2 z_A z_b} {z_a + z_b} <div class="my-6 overflow-x-auto py-2 text-center"><span class="katex-error" title="ParseError: KaTeX parse error: Can&#x27;t use function &#x27;

' in math mode at position 495: …결과를 기반으로 합니다.

$̲k_b =\ frac {Z_…" style="color:#cc0000">다른 신호 계층은 의도적으로 참조로 처리되지 않습니다.이 도체는 평면이 아니라 플로팅 컨덕터이며 자체 신호를 전달합니다.이것이 바로 두 레이어가 직교로 라우팅되어야 하는 이유입니다. 즉, 두 트레이스가 서로 평행하게 이어지는 순간 모델의 적용이 중단되고 대신 브로드사이드 커플링 쌍이 생깁니다.

인접한 신호 레이어에 있는 두 트레이스가 서로 겹쳐지면 그 사이에 평면이 없는 얇은 유전체를 가로질러 서로 마주보게 됩니다.이는 PCB에서 사용할 수 있는 가장 단단한 커플링 형상입니다.모드로 분해하면 홀수 모드에서는 트레이스 중간 지점에 전기 벽이 배치되고 짝수 모드에서는 해당 트레이스에 자기 벽이 배치되고 각 트레이스가 해당 평면에만 참조되도록 남깁니다.역방향 크로스토크 계수는 스플릿 결과를 기반으로 합니다.

$k_b =\ frac {Z_ {짝수} - Z_ {odd}} {Z_ {짝수} + Z_ {odd}}

일반적인 듀얼 스트립라인 지오메트리의 경우 약 20% 에 도달하고, 두 신호 레이어가 평면보다 서로 더 가깝게 위치할 때 50% 까지 올라갑니다. 이는 동일한 레이어에 있는 인접 트레이스 간의 에지 커플링보다 몇 배나 더 나쁩니다.이 숫자는 여러분이 설계할 수 있는 숫자가 아닙니다. 한 레이어는 북쪽에서 남쪽으로 라우팅하고 다른 레이어는 동서로 라우팅하여 피할 수 있는 숫자입니다.

임피던스 비대칭

스택업이 대칭인 경우가 아니면 두 레이어의 임피던스가 동일하지 않습니다.어느 레이어가 평면에 더 가까이 위치하든 임피던스가 낮은 레이어입니다.둘 다 동일한 목표에 도달해야 하는 경우 레이어당 다른 트레이스 너비를 사용하고 제작자에게 두 값을 알려주십시오.

계산 예제

문제: 6레이어 보드의 경우 L2와 L5에 접지되고 L3과 L4에 신호 레이어가 있습니다.평면과 평면 사이의 간격은 0.8mm이고, L3은 L2보다 0.2mm 아래에 위치하며, 두 신호 레이어의 간격은 0.33mm, 구리는 1온스, FR4 er는 4.2입니다.임피던스와 최악의 커플링을 모두 찾아보십시오.

1단계 - 하한 간격 도출: h2 = b - h1 - s - 2t = 0.8 - 0.2 - 0.33 - 0.07 = 0.2 밀리미터 스택업은 대칭이므로 두 레이어가 모두 일치해야 합니다.

2단계 - 레이어 3 임피던스, 0.13mm 트레이스근거리 간격 0.2 밀리미터, s + t + h2에서의 원거리 레퍼런스 = 0.565 밀리미터.각 절반을 자체 평면을 중심으로 미러링하면 동일한 대칭 스트립라인 두 개가 생성됩니다. Z_a (b = 0.435mm) = 50.04 옴 Z_b (b = 1.165 밀리미터) = 78.55 옴 일반 중첩에서는 생략한 반쪽을 합치고 프린징을 복원하면 다음과 같습니다. Z0 = 60.51옴

3단계 - 레이어 4는 미러 이미지이므로 60.51옴도 마찬가지입니다.대칭이 확인되었습니다.

4단계 - 레이어가 겹칠 경우 브로드사이드 커플링이 최악으로 나타납니다.홀수 모드에서는 트레이스 중간 지점에 s/2 = 0.165mm의 속도로 전기 벽이 배치되고 짝수 모드에서는 자기 벽으로 대체되므로 각 트레이스가 자체 평면을 참조하지만 벽 너머에는 여전히 일부 자기장이 보입니다. Z_ODD = 47.45옴, Z_짝수 = 73.52옴 k_b = (73.52 - 47.45)/(73.52 + 47.45) = 21.6%

5단계 - 해석.두 트레이스가 서로 평행하게 흐르면 공격자 전압의 5분의 1 이상이 피해자에게 나타납니다. 이는 정상 간격에서 동일한 레이어에 있는 이웃 트레이스 간의 에지 커플링보다 몇 배 더 나쁩니다.L3은 수평으로, L4는 수직으로 라우팅하면 겹치는 부분이 줄어들어 결합 길이가 1mm도 안 되고 크로스토크는 무시할 수 있을 정도의 고립된 교차점으로 줄어듭니다.

실용적인 팁

✓예외 없이 두 레이어를 직각으로 라우팅합니다.검토자 규율이 아닌 설계 규칙을 사용하여 적용하세요.
✓스택업이 비대칭인 경우 각 레이어에 고유한 트레이스 너비를 지정하고 제작 도면에 두 너비를 모두 지정합니다.
✓두 신호 계층을 스택업이 허용하는 한 멀리 떨어뜨리고 각 계층을 자체 평면에 최대한 가깝게 유지합니다. 즉, 결합을 최소화하는 지오메트리입니다.
✓레이어 간에 두 개의 네트를 병렬로 실행해야 하는 경우 두 네트가 서로 관련이 없고 속도가 느리는지 확인하십시오.시계나 스트로브로 절대 하지 마세요.
✓예산이 충분하면 두 신호 계층 사이에 비행기를 설치할 수 있습니다.듀얼 스트립라인은 성능 선택이 아니라 비용 절충입니다.
✓스택업을 시작하기 전에 보고된 결합 계수를 확인하십시오.약 10% 를 초과하면 직교성 규칙은 더 이상 조언이 되지 않으며 어려운 요구 사항이 됩니다.

흔한 실수

✗두 신호 레이어를 같은 방향으로 라우팅합니다.브로드사이드 트레이스가 겹치면 일반적으로 약 20% 정도 커플링되며, 레이어가 서로 가까울 때는 훨씬 더 많이 결합됩니다. 레이어 내 간격이 아무리 많아도 문제가 해결되지 않습니다.
✗두 레이어의 임피던스가 동일하다고 가정합니다.스택업이 대칭인 경우에만 일치합니다. 그렇지 않으면 평면에 가까운 레이어가 더 낮습니다.
✗다른 신호 계층을 임피던스 모델의 기준 평면으로 취급합니다.이 도체는 자체 신호를 전달하는 플로팅 컨덕터이며, 이를 접지로 모델링하면 임피던스가 낙관적으로 낮아집니다.
✗하나의 듀얼 스트립라인 레이어에는 디퍼런셜 페어를, 그 바로 위에 있는 다른 레이어에는 고속 싱글 엔드 클록을 배치합니다.클럭은 쌍에 공통 모드로 결합되며, 수신기는 이 모드를 거부할 수 없습니다.
✗평면 간격에서 두 번째 레이어 오프셋을 도출할 때 두 개의 구리 두께를 더하는 것을 잊어버렸기 때문입니다. 0.2mm 간격에서 0.07mm 오류가 발생하면 잘못된 위치에서 35% 의 오류가 발생합니다.

자주 묻는 질문

듀얼 스트립라인이란 무엇입니까?

동일한 참조 평면 쌍 사이에 평면이 없는 두 신호 라우팅 레이어가 배치됩니다.이를 통해 각 신호 레이어에 고유한 평면 쌍을 할당할 때보다 구리 레이어와 비용이 절약됩니다.

두 레이어가 정말로 직교해야 합니까?

실제로는 그렇습니다.중간 평면이 없는 얇은 유전체를 가로질러 서로 마주 보는 트레이스는 PCB에서 가장 긴밀하게 결합된 구조입니다. 일반적으로 약 20% 의 후방 크로스토크가 발생하고, 촘촘한 적층에서는 훨씬 더 많습니다.한 레이어는 수평으로, 다른 레이어는 수직으로 라우팅하면 각 교차점의 결합 길이가 거의 줄어들지 않습니다.

두 레이어의 임피던스가 다른 이유는 무엇입니까?

그들은 가장 가까운 비행기와 다른 거리에 앉아 있기 때문입니다.레이어가 평면에 가까울수록 임피던스가 낮습니다.강제로 대칭 스택업을 시도하는 대신 레이어당 트레이스 너비를 다르게 설정하여 수정하세요.

듀얼 스트립라인에서 차동 쌍을 실행할 수 있습니까?

예, 직교성 규칙이 적용되고 인접 레이어의 쌍에 직접 영향을 주지 않는 한 가능합니다.위 공격자의 브로드사이드 커플링은 해당 쌍에서 공통 모드로 나타나며, 수신자의 거부로도 이를 제거할 수 없습니다.

듀얼 스트립라인은 그만한 가치가 있습니까?

비용에 민감한 고밀도 설계에서는 그렇습니다. 레이어를 두 개 절약하면 대량으로 큰 돈을 벌 수 있습니다.크로스토크 예산이 빠듯한 고속 설계의 경우 신호 계층 사이에 평면을 배치하고 추가 비용을 감수하십시오.

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