마이크로스트립

Microstrip
마이크로스트립 형상의 단면입니다.도체(A)는 유전체 기판(C)에 의해 접지면(D)에서 분리된다.상부 유전체(B)는 일반적으로 공기입니다.

마이크로스트립은 기판이라고 불리는 유전체 층에 의해 도체가 지면으로부터 분리되는 모든 기술로 제작될 수 있는 일종의 전기 전송선입니다.마이크로스트립 라인은 마이크로파 주파수 신호를 전달하기 위해 사용됩니다.

대표적인 실현 기술은 프린트 회로 기판, 유전체 층으로 코팅된 알루미나 또는 실리콘 또는 기타 유사한 기술입니다.안테나, 커플러, 필터, 전력분할기 등의 마이크로파 부품을 마이크로스트립으로 형성할 수 있으며, 디바이스 전체가 기판상에 메탈라이제이션 패턴으로 존재한다.따라서 마이크로스트립은 기존 도파관 기술보다 훨씬 저렴할 뿐만 아니라 훨씬 가볍고 콤팩트합니다.마이크로스트립은 스트립라인의 경쟁자로서 ITT 연구소에 의해 개발되었습니다(1952년 12월 IRE 소송에서[1] 그리그와 엥겔만이 처음 발행).

도파관에 비해 마이크로스트립의 단점은 일반적으로 낮은 전력 처리 용량과 높은 손실입니다.또한 도파관과 달리 마이크로스트립은 일반적으로 밀폐되어 있지 않기 때문에 크로스톡 및 의도하지 않은 방사선에 노출되기 쉽습니다.

최저의 코스트를 실현하기 위해서, 통상적인 FR-4(표준 PCB) 기판상에 마이크로스트립 디바이스를 구축할 수 있다.그러나 FR4의 유전 손실은 마이크로파 주파수에서 너무 높고 유전율이 충분히 엄격하게 제어되지 않는 것이 종종 발견됩니다.이러한 이유로 알루미나 기판이 일반적으로 사용된다.집적회로/모놀리식 마이크로파 집적회로 테크놀로지에 의한 microtrips는 실현 가능하지만, 그 성능은 유전체층 및 사용 가능한 도체 두께에 의해 제한될 수 있습니다.

마이크로스트립 라인은 고속 디지털 PCB 설계에도 사용됩니다.이 설계에서는, 어셈블리의 어느 부분에서 다른 부분으로 신호를 라우팅 해, 높은 크로스 토크와 방사선을 회피할 필요가 있습니다.

마이크로스트립은 많은 형태의 평면전송선로 중 하나이며, 다른 형태로는 스트라이프라인과 코프라너 도파로가 있으며, 이들 모두를 동일한 기판에 통합할 수 있습니다.

차동 마이크로스트립은 DDR2 SDRAM 클럭, USB 고속 데이터선, PCI Express 데이터선, LVDS 데이터선 등의 고속 신호에 주로 사용되며, 이 모든 것이 같은 PCB [2][3][4]상에 있습니다.대부분의 PCB 설계 도구는 이러한 차동 [5][6]쌍을 지원합니다.

불균일성

마이크로스트립 라인에 의해 전달되는 전자파는 유전체 기판에 부분적으로 존재하며, 그 위의 공기 중에 부분적으로 존재한다.일반적으로 기판의 유전율은 공기의 유전율과 다르며(그리고 더 크다) 따라서 파동은 불균일한 매체 내에서 이동한다.그 결과 전파속도는 기판 내 전파속도와 공기 중 전파속도 사이에 있다.이러한 동작은 일반적으로 마이크로스트립의 유효 유전율(또는 유효 상대 유전율)을 기술함으로써 설명된다. 이는 동등한 균질 매질의 유전율(즉, 동일한 전파 속도)이다.

불균일한 매질의 추가 결과는 다음과 같습니다.

  • 회선은 진정한 TEM 파형을 지원하지 않습니다. 0이 아닌 주파수에서는 E 필드와 H 필드 모두 세로 구성 요소(하이브리드 모드)[7]를 가집니다.그러나 세로 구성요소는 작기 때문에 지배 모드를 준 [8]TEM이라고 합니다.
  • 선이 분산되어 있습니다.주파수가 증가함에 따라 유효유전체수는 기판을 향해 서서히 상승하여 위상속도가 점차 [7][9]저하된다.이것은 비산포성 기판 재료에서도 마찬가지입니다(기판 유전율은 일반적으로 주파수가 증가함에 따라 떨어집니다).
  • 라인의 특성 임피던스는 주파수에 따라 약간 변화합니다(비산포 기판 재료도 마찬가지).비 TEM 모드의 특성 임피던스는 고유하게 정의되어 있지 않으며, 사용되는 정확한 정의에 따라 마이크로스트립의 임피던스가 상승, 하강 또는 하강하고 [10]주파수가 증가함에 따라 상승합니다.특성 임피던스의 저주파 한계는 준정적 특성 임피던스라고 불리며 특성 임피던스의 모든 정의에 대해 동일합니다.
  • 파동 임피던스는 회선의 단면에 걸쳐 변화합니다.
  • 마이크로스트립 라인은 방사선을 방출하고 스트립 라인의 순수 리액턴스인 스터브 및 포스트와 같은 불연속 소자를 [11]방사선에 의해 작은 저항 성분을 가집니다.

특성 임피던스

마이크로스트립 라인의 준정적 특성 임피던스에 대한 폐쇄형 근사식은 Wheeler에 [12][13][14]의해 개발되었습니다.

여기서eff w는 유효폭(스트립의 실제 폭)과 금속화의 0이 아닌 두께를 설명하기 위한 보정값입니다.

여기서0 Z는 자유공간의 임피던스, θ는r 기판의 상대 유전율, w는 스트립의 폭, h는 기판의 두께("높이"), t는 스트립 금속화의 두께이다.

이 공식은 세 가지 경우에서 정확한 솔루션에 대해 점근적입니다.

  1. w ≫ h, any εr (parallel plate transmission line),
  2. w ≪ h, εr = 1 (그라운드 평면 위의 와이어)
  3. w , h 、 εr 1

다른 대부분의 경우 임피던스 오차는 1% 미만이며 항상 [14]2% 미만이라고 주장됩니다.하나의 공식에 모든 종횡을 포함시킴으로써 Wheeler 1977은 w/h > 3.3에 대한 하나의 공식과 w/h ≤ 3.3에 대한 다른 공식(w/h = 3[13].3에서 결과의 불연속성을 도입함)을 제공하는 Wheeler 1965를 개선한다.

이상하게도 해롤드 휠러는 '마이크로 스트립'과 '특징 임피던스'라는 용어를 모두 싫어했고 그의 논문에서 그것들을 사용하는 것을 피했다.

특성 임피던스에 대한 다른 근사 공식들은 다른 저자들에 의해 발전되었다.단, 이들 대부분은 제한된 종횡비 범위에만 적용되거나 전체 범위를 분할적으로 커버합니다.

특히, Wheeler를 [12][13]수정하는 Hammerstad가 [15]제안한 일련의 방정식은 아마도 가장 자주 인용될 것입니다.

여기서 θ는eff 유효 유전율이며 다음과 같이 근사된다.

구부러지다

마이크로스트립에 완전한 회로를 구축하기 위해서는 스트립의 경로가 큰 각도로 회전해야 하는 경우가 많습니다.마이크로스트립이 갑자기 90° 구부러지면 스트립에 있는 신호의 상당부분이 소스 쪽으로 반사되어 신호의 일부만 구부러진 주위로 전송됩니다.저반사 굴곡에 영향을 주는 한 가지 방법은 스트립 [16]폭의 최소 3배 이상의 반경 호에서 스트립의 경로를 곡선화하는 것입니다.그러나 훨씬 더 일반적인 기술로, 더 작은 면적의 기판을 소비하는 기법 중 하나는 완화된 벤드를 사용하는 것입니다.

마이크로스트립 90° 완화된 벤딩감산율은 100x/d 입니다.

첫 번째 근사치에 따르면 갑작스러운 무한 벤딩은 접지면과 스트립의 벤딩 사이에 배치된 션트 캐패시턴스로 작동합니다.벤드를 완화하면 금속화 면적이 줄어들기 때문에 잉여 캐패시턴스가 제거됩니다.백분율 승차는 완만한 굽힘의 안쪽 모서리와 바깥쪽 모서리 사이의 대각선 컷어웨이 분율입니다.

광범위한 마이크로스트립 기하학의 최적 승강도는 Douville과 [17]James에 의해 실험적으로 결정되었습니다.그들은 최적의 비율의 경감을 위한 적절한 적합성이 다음과 같이 주어진다는 것을 발견했다.

w/h 0 0.25를 적용하며, 기판 유전율r 25 25 25를 적용하여야 한다.이 공식은 ε과r 완전히 독립적이다.Douville과 James가 증거를 제시하는 파라미터의 실제 범위는 0.25 µ w/h † 2.75 및 2.5 † † 25이다r.그들은 공식에 의해 주어진 4% 이내(원래 d의)의 모든 백분율 완화에 대해 1.1보다 나은 VSWR(-26 dB보다 나은 수익 손실)을 보고한다.최소 w/h 0.25에서 승모율은 98.4%이므로 스트립이 거의 절단됩니다.

곡선 및 완만한 곡선 모두 전기 길이가 스트립의 물리적 경로 길이보다 다소 짧습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Grieg, D. D.; Engelmann, H. F. (Dec 1952). "Microstrip-A New Transmission Technique for the Klilomegacycle Range". Proceedings of the IRE. 40 (12): 1644–1650. doi:10.1109/JRPROC.1952.274144. ISSN 0096-8390.
  2. ^ Olney, Barry. "Differential Pair Routing" (PDF). p. 51.
  3. ^ Texas Instruments (2015). "High-Speed Interface Layout Guidelines" (PDF). p. 10. SPRAAR7E. When possible, route high-speed differential pair signals on the top or bottom layer of the PCB with an adjacent GND layer. TI does not recommend stripline routing of the high-speed differential signals.
  4. ^ Intel (2000). "High Speed USB Platform Design Guidelines" (PDF). p. 7. Archived from the original (PDF) on 2018-08-26. Retrieved 2015-11-27.
  5. ^ Silicon Labs. "USB Hardware Design Guide" (PDF). p. 9. AN0046.
  6. ^ Kröger, Jens (2014). "Data Transmission at High Rates via Kapton Flexprints for the Mu3e Experiment" (PDF). pp. 19–21.
  7. ^ a b Denlinger, E. J. (January 1971). "A frequency dependent solution for microstrip transmission lines". IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. MTT-19 (1): 30–39. Bibcode:1971ITMTT..19...30D. doi:10.1109/TMTT.1971.1127442.
  8. ^ 포자르, 데이비드 M. (2017년)마이크로파 엔지니어링 에디슨-웨슬리 출판사ISBN 978-81-265-4190-4.
  9. ^ Cory, H. (January 1981). "Dispersion characteristics of microstrip lines". IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. MTT-29: 59–61.
  10. ^ Bianco, B.; Panini, L.; Parodi, M.; Ridetlaj, S. (March 1978). "Some considerations about the frequency dependence of the characteristic impedance of uniform microstrips". IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. MTT-26 (3): 182–185. Bibcode:1978ITMTT..26..182B. doi:10.1109/TMTT.1978.1129341.
  11. ^ Oliner, Arthur A. (2006). "The evolution of electromagnetic waveguides". In Sarkar, Tapan K.; Mailloux, Robert J.; Oliner, Arthur A.; Salazar-Palma, Magdalena; Sengupta, Dipak L. (eds.). History of wireless. Wiley Series in Microwave and Optical Engineering. Vol. 177. John Wiley and Sons. p. 559. ISBN 978-0-471-71814-7.
  12. ^ a b Wheeler, H. A. (May 1964). "Transmission-line properties of parallel wide strips by a conformal-mapping approximation". IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. MTT-12 (3): 280–289. Bibcode:1964ITMTT..12..280W. doi:10.1109/TMTT.1964.1125810.
  13. ^ a b c Wheeler, H. A. (March 1965). "Transmission-line properties of parallel strips separated by a dielectric sheet". IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. MTT-13 (2): 172–185. Bibcode:1965ITMTT..13..172W. doi:10.1109/TMTT.1965.1125962.
  14. ^ a b Wheeler, H. A. (August 1977). "Transmission-line properties of a strip on a dielectric sheet on a plane". IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. MTT-25 (8): 631–647. Bibcode:1977ITMTT..25..631W. doi:10.1109/TMTT.1977.1129179.
  15. ^ E. O. Hammerstad (1975). Equations for Microstrip Circuit Design. 1975 5th European Microwave Conference. pp. 268–272. doi:10.1109/EUMA.1975.332206.
  16. ^ Lee, T. H. (2004). Planar Microwave Engineering. Cambridge University Press. pp. 173–174.
  17. ^ Douville, R. J. P.; James, D. S. (March 1978). "Experimental study of symmetric microstrip bends and their compensation". IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. MTT-26 (3): 175–182. Bibcode:1978ITMTT..26..175D. doi:10.1109/TMTT.1978.1129340.

외부 링크