Микрополосковые копланарные волноводы. Часть 3.
Рис.4 иллюстрирует двухполосковый (или дифференциальный) копланарный волновод, анализируемый в iCD CPW Planner. Эта структура имеет равные промежутки и заземления на каждой стороне полосок. Полоски также относятся к твердой панели заземления снизу. Заметьте, что ряд соединительных отверстий, размещенных на расстоянии менее четверти длины волны близко к краю заземления. Эта структура используется для того, чтобы улучшить изоляцию между компонентами, которые иначе будут спарены электромагнитными полями. Она состоит из ряда металлизированных сквозных отверстий, которые если расположены достаточно близко друг к другу, формируют барьер для распространения электромагнитной волны. Плоские полоски легко объединяются в пару одна с другой, находясь в непосредственной близости, этот эффект называется паразитной связью. Соединение происходит из-за окантовочных полей, распространяющихся от краев полоски и пересечения соседних линий или компонентов.
Даже если вы не занимаетесь RF или микроволновыми разработками, использование CPW очень полезно при работе с изолированными дифференциальными полосками без панели заземления, как на Рис.5. В этом случае панель земли очищена вокруг разъема gigabit Ethernet, чтобы обеспечить изоляцию от остального мира. То есть панель не может существовать в этой зоне, хотя дифференциальная пара должна поддерживать импеданс в 100 Ом, чтобы соответствовать линии. Хорошая практика разработок для портов Ethernet требует защитных устройств от избытка напряжения и ток в добавок к правильному расстоянию пути утечки компонентов и зазорам электрической дорожки для обеих сторон Ethernet разъемов ввода/вывода, например, стороны разъема линии и драйвера (физический слой или PHY).
Свободно или плотно соединенные заземленные схемы копланарных волноводов (CPWG) по-разному отвечают на применение проводников с и без покрытия – такого как иммерсионное золочение по подслою никеля (ENIG). Плотно соединенная CPWG схема с покрытием ENIG будет испытывать большие потери проводника, чем свободно соединенная CPWG схема с таким же ENIG покрытием.
При приблизительно 2.7GHz, резонансное поведение никеля в ENIG увеличивает вносимые потери. Этот резонанс происходит из-за ферромагнитных свойств слоя никеля. Поэтому мудро избегать использования полного ENIG покрытия микрополосковых и CPW дороже при высоких частотах. Фактически это может быть нечетная третья или пятая гармоническая волна, которая попадает именно в этот район потерь, что вызывает излучение с гораздо более низкими фундаментальными частотами. Следовательно, процесс нанесения паяльной маски на чистую медь (SMOBC) должен считаться необходимым для всех высокоскоростных разработок.
В заключение, конформное преобразование – это метод, который позволяет браться за сложные проблемы, преобразовывать их в координатную систему, где их удобно решить, и затем находить относительно простое решение. Имея возможность модифицировать только геометрию многоугольной структуры, сохраняя ее физические величины, конформное преобразование – это исключительный инструмент для решения электромагнетических проблем с известными граничными условиями.
Вопросы для запоминания:
- Копланарные волноводы использовались многие годы в RF и микроволновых разработках, так как они снижают потери на излучение при очень высоких частотах по сравнению с традиционными микрополосковыми линиями.
- Пространство- время имеет три пространственных измерения плюс одно временное измерение.
- Калуза адаптировал Общую теорию относительности Эйнштейна, которая была сформулирована для знакомых всем четырех измерений, и переписал их применимо к пяти измерениям.
- Добавив дополнительное измерение, Калуза объединил гравитацию и электромагнетизм.
- Это пятое измерение не видно нам в макро масштабе, так как это крошечное завивающееся пространственное измерение, связанное с другими большими измерениями. Оно представляет изменяющиеся электрические и магнитные поля, которые излучают в правильных углах к центральной линии.
- Теория струн ищет возможность объединить квантовую теорию и общую относительность путем замены частиц колебанием струн.
- Методы конформного преобразования – это еще один подход, который может эффективно использоваться для оценки полу-бесконечной конформной микрополосковой симметрии.
- Все электрические системы функционируют на основе действия электрических полей, создаваемых зарядами, и магнитных полей, создаваемых токами.
- Конформное преобразование двух пересекающихся кривых из плоскости z в плоскость w сохраняет углы между каждой парой кривых.
- Емкость системы проводников остается неизменной при преобразовании организации проводников.
- Обычный копланарный волновод на диэлектрическом субстрате состоит из центральной полоски проводника с полу-бесконечными панелями земли на каждой стороне.
- Копланарный волновод снижает потерю излучения при очень высоких микроволновых частотах.
- Импеданс копланарного волновода определяется соотношением ширины дорожки к зазору, то есть снижение размера возможно без ограничений, единственным минусом является большие потери.
- Заземленные CPW структуры должны иметь ряд отверстий, размещенных друг от друга на расстоянии меньшем, чем четверть длины волны, чтобы создать барьер для распространения электромагнитной волны.
- Использование копланарных волноводов очень полезно при работе с изолированными дифференциальными парами без панели заземления.
- Плотно соединенная CPWG схема с покрытием ENIG будет испытывать более значительные потери проводника, чем свободно соединенная CPWG схема с таким же покрытием.
- Приблизительно при 2.7GHz резонансное поведение компонента никеля в ENIG увеличивает вносимые потери. Следовательно, обработка SMOBC должна проводиться для всех высокоскоростных разработок.
- Конформное преобразование – это метод, которые позволяет браться за сложные проблемы, преобразовывать их в координатную систему, где их удобнее решать, и затем находить относительно простые решения.
Ссылки
1. Barry Olney’s Beyond Design columns: Faster Than a Speeding Bullet, Surface Finishes
for High-speed PCBs
2. Make a Date with Another Dimension, Cosmos Magazine, Paul Davis
3. M-Theory and the Higgs Boson, ABC Science, Dr. Henryk Frystacki
4. Electromagnetic Problems Solving by Conformal Mapping, Wesley Pacheco Calixto
5. Conformal Transformations in Electrical Engineering, W. J. Gibbs
6. Comparing PCBs for Microstrip and Grounded Coplanar Waveguide Circuits, John
Coonrod & Brian Rautio
Барри Олней (Barry Olney) – управляющий директор в компании In-Circuit Design Pty Ltd (ICD), Австралия. Это бюро по разработке печатных плат специализируется на имитационном моделировании на уровне плат, разработало программное обеспечение ICD Stackup Planner и ICD PDN Planner. Чтобы прочесть предыдущие статьи или связяаться с г-ом Олней, click here.
Источник: PCBDESIG
