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.
공식
참고: IPC-2141A; E. Bogatin, "Signal and Power Integrity — Simplified", 3rd ed., ch. 11
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.레이어 1은 상단 평면에서 , 하단 평면에서 위치에 있습니다. 레이어 2는 미러입니다.콘의 병렬 하프 구조로 이 두 문제를 모두 해결할 수 있습니다.
다른 신호 계층은 의도적으로 기준으로 처리되지 않습니다.이 도체는 평면이 아니라 플로팅 도체이며 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.
오버랩이 그토록 큰 피해를 주는 이유
인접한 신호 레이어에 있는 두 트레이스가 서로 겹쳐지면 얇은 유전체를 가로질러 서로 마주보고 있으며 그 사이에 평면이 없습니다.이는 PCB에서 사용할 수 있는 가장 단단한 커플링 형상입니다.모드로 분해하면 홀수 모드에서는 트레이스 중간에 전기 벽이 배치되고 짝수 모드에서는 해당 트레이스에 자기 벽이 배치되고 각 트레이스가 자체 평면만 참조하도록 남깁니다.역방향 크로스토크 계수는 스플릿 결과를 기반으로 합니다.
일반적인 듀얼 스트립라인 지오메트리의 경우 약 20% 에 도달하고, 두 신호 레이어가 평면보다 서로 더 가깝게 위치하면 50% 를 넘어갑니다. 이는 동일한 레이어에 있는 인접 트레이스 간의 에지 커플링보다 몇 배 더 나쁩니다.이 숫자는 여러분이 설계한 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 생략할 수 있는 반쪽을 결합하고 프린징을 복원하면: Z0 = 60.51옴
3단계 - 레이어 4는 미러 이미지이므로 60.51옴도 마찬가지입니다.대칭을 확인했습니다.
4단계 - 레이어가 겹칠 경우 브로드사이드 커플링이 최악의 경우가 발생합니다.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 = 47.45 ohm, Z_even = 73.52 ohm 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 밀리미터도 채 되지 않고 크로스토크가 거의 발생하지 않는 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 도체이며, 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
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