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マイクロストリップとストリップライン: PCB 設計者のための詳細な比較

閲覧数: 370 著者: サイトエディター 公開時間: 2024-05-22 原産地: Site

プリント回路基板は現代の電子機器のバックボーンを形成し、さまざまなコンポーネント間での信号のシームレスな伝送を促進します。これらの複雑な設計の中で、伝送線路は信号の完全性を維持し、電磁干渉を軽減する上で重要な役割を果たします。 PCB で最も一般的に使用される伝送ラインには、マイクロストリップとストリップラインがあります。各タイプには明確な利点と課題があるため、最終製品のパフォーマンスと信頼性にとって、どちらを選択するかが重要になります。

この記事は、ストリップラインとマイクロストリップを明確かつ簡潔に比較し、それらの構造の違い、性能特性、および一般的なアプリケーションを強調することを目的としています。これらの側面を理解することで、PCB 設計者とエンジニアは、特定のプロジェクト要件に合わせた情報に基づいた意思決定を行うことができ、最適な信号伝送と全体的なデバイスのパフォーマンスを確保できます。

ストリップラインを理解する

ストリップラインは別のタイプです 送電線 PCB 設計で使用され、2 つの平行なグランド プレーンの間に導体ストリップが挟まれ、アセンブリ全体が PCB の誘電体材料内に埋め込まれていることが特徴です。この内部配置により、信号パスに優れたシールドが提供され、隣接する配線からの電磁干渉 (EMI) とクロストークが軽減されます。ストリップラインは主に多層 PCB 設計で使用され、高周波および高速アプリケーションに堅牢な性能を提供します。

ストリップラインの構造

アプリケーション

ストリップラインは、高い信号整合性と最小限の干渉を要求するアプリケーションに最適です。これらは、高周波回路、航空宇宙および軍用電子機器、および信号の純度を維持することが重要なあらゆる設計で一般的に使用されます。グランドプレーンによって提供される固有のシールドにより、ストリップラインは厳しい EMI 要件のある環境に適したものになります。

性能特性

ストリップラインには、いくつかの顕著なパフォーマンス上の利点があります。

  • 信号の完全性: 2 つのグランド プレーン間のストリップラインを中央に配置することで、優れたシールドが提供され、放射損失とクロストークが大幅に低減されます。この構成により、特に高速デジタルおよび RF 信号にとって重要な、高い信号整合性が確保されます。

  • 誘電損失: 一般にストリップラインはマイクロストリップに比べて誘電損失が高くなりますが、ストリップライン周囲の一貫した誘電環境は安定した伝播定数を維持するのに役立ちます。

  • インピーダンス制御: ストリップラインの特性インピーダンスは、導体ストリップの幅とグランドプレーン間の間隔によって影響されます。これにより、インピーダンスを正確に制御できるようになり、ストリップラインが高密度 PCB 設計でのインピーダンス制御された配線に適したものになります。

設計上の考慮事項

ストリップラインを使用した設計には、いくつかの重要な考慮事項が含まれます。

  • 複雑: ストリップラインの内部配線により、マイクロストリップに比べて設計と製造プロセスがより複雑になります。ただし、この複雑さは信号整合性と EMI 制御の利点によって相殺されます。

  • 費用: ストリップラインは、精密な製造とグランドプレーンに必要な追加層の必要性により、実装コストが高くなる可能性があります。

  • デバッグとプロトタイピング: ストリップラインの埋め込み型の性質により、テストや変更のために内部層にアクセスするのがマイクロストリップのような表面トレースに比べてより困難であるため、デバッグやプロトタイピングが複雑になる可能性があります。

マイクロストリップを理解する

マイクロストリップは、PCB 設計で使用される伝送線路の一種で、誘電体層によってグランド プレーンから分離された導電性ストリップで構成されます。通常、導電性ストリップは PCB の外層に配置され、誘電体材料 (FR4 など) がストリップと導電性ストリップの間の絶縁層として機能します。 接地面。このオープン構造により、マイクロストリップは他のコンポーネントと簡単に接続できるため、RF およびマイクロ波回路によく使用されます。

マイクロストリップの構造

アプリケーション

マイクロストリップは、RF 回路、マイクロ波通信システム、アンテナ設計など、高周波信号伝送を必要とするアプリケーションで広く使用されています。接続が容易で、高密度環境でのクロストークが最小限に抑えられるため、単一の PCB 上に複数のチャネルを統合するのに最適です。さらに、マイクロストリップは、迅速な信号伝播と効率的な熱放散が重要な設計でよく使用されます。

性能特性

マイクロストリップには、いくつかのパフォーマンス上の利点があります。

  • 伝播速度: マイクロストリップは伝播定数が低いため、他のタイプの伝送線と比較して信号伝送が高速になります。

  • 誘電損失と放射損失: マイクロストリップは部分的に空気にさらされているため誘電損失は低くなりますが、放射損失が高くなる傾向があり、特に高周波で信号の完全性に影響を与える可能性があります。

  • インピーダンス制御: マイクロストリップの特性インピーダンスは、ストリップの幅と誘電体層の厚さを調整することで簡単に制御できるため、設計に柔軟性が得られます。

設計上の考慮事項

マイクロストリップを使用した設計には、最適なパフォーマンスを確保するためにいくつかの考慮事項が含まれます。

  • 製造の容易さ: マイクロストリップは、PCB 表面に配置することでコンポーネントの接続プロセスが簡素化され、製造コストが削減されるため、製造が比較的簡単です。

  • 熱管理: マイクロストリップのオープン構造により効果的な熱放散が可能となり、熱管理が懸念されるアプリケーションに適しています。

  • 信号の完全性: 放射損失とクロストークを最小限に抑えるために、特に高密度および高周波アプリケーションでは、設計者はマイクロストリップ ラインのレイアウトと間隔を慎重に計画する必要があります。

ストリップラインとマイクロストリップの主な違い

PCB 設計において情報に基づいた意思決定を行うには、ストリップラインとマイクロストリップの主な違いを理解することが不可欠です。これらの違いは、パフォーマンス、アプリケーションの適合性、設計の複雑さに大きな影響を与えます。

構造による比較

マイクロストリップは PCB の外層に配置されており、導電性ストリップが誘電体層によってグランド プレーンから分離されています。このオープン構造は、マイクロストリップが PCB の上で空気にさらされ、その下の誘電体材料にさらされていることを意味します。対照的に、ストリップラインは PCB の内部層内に埋め込まれ、2 つの平行なグランド プレーンの間に挟まれています。この配置により、信号トレースの周囲に一貫した誘電環境が提供され、シールドが強化され、電磁干渉 (EMI) が低減されます。

シグナルインテグリティとシールドに基づく比較

信号の完全性とシールドの観点から見ると、マイクロストリップは空気にさらされるため放射損失が大きくなる傾向があり、外部干渉を受けやすくなります。ただし、接続のしやすさが優先される高周波信号に対しては優れたパフォーマンスを発揮します。一方、ストリップラインは、その埋め込み型の性質から恩恵を受け、外部 EMI から優れたシールドを提供します。これにより、放射損失が低減され、信号の完全性が向上し、ストリップラインは信号純度の維持が重要な高速および高周波アプリケーションに最適になります。

誘電損失と放射損失に基づく比較

誘電損失と放射損失に関しては、信号の一部が空気中を伝播するため、マイクロストリップは誘電損失が低くなります。空気の誘電率はマイクロストリップに比べて低いからです。 PCB材料。ただし、その代償として放射線損失が高くなります。ストリップラインは、周囲の PCB 材料によって提供される一貫した誘電環境により、より高い誘電損失に遭遇します。それにもかかわらず、この環境は放射損失を最小限に抑え、より安定した信号経路を維持するのに役立ちます。

インピーダンス制御による比較

マイクロストリップのインピーダンス制御は、導電性ストリップの幅と誘電体層の厚さを調整することで比較的簡単に行えます。この柔軟性により、マイクロストリップは、さまざまなインピーダンス要件を持つ幅広いアプリケーションに適しています。ストリップラインの場合、インピーダンス制御は、導体の幅とグランドプレーン間の間隔を操作することによって実現されます。この正確な制御は、特に高密度配線シナリオにおいて、厳しいインピーダンス許容差を必要とする設計に有利です。

製造の複雑さとコストに基づく比較

製造の複雑さとコストに関して言えば、マイクロストリップは外部に配置されるため、一般に製造が容易で安価です。設計プロセスが簡素化されたことで、マイクロストリップは多くの RF およびマイクロ波アプリケーションにとってコスト効率の高いソリューションになります。ただし、ストリップラインは、信号トレースを埋め込むために追加の層と精度が必要となるため、より複雑で製造コストが高くなります。この複雑さは、EMIの低減と優れた信号整合性の利点が製造コストの上昇を上回るアプリケーションでは正当化されます。

ストリップラインとマイクロストリップの配線スタイルの例

ストリップラインとマイクロストリップのさまざまな配線スタイルを理解することは、PCB 設計を最適化するために重要です。両方のタイプに共通するルーティング スタイルをいくつか示します。

  • 標準マイクロストリップ: PCB の外層に配置され、誘電体層によってグランド プレーンから分離された単一の導電ストリップ。これは最も基本的で一般的なマイクロストリップ構成です。

  • エッジ結合マイクロストリップ: 2 本の平行なマイクロストリップ ラインは互いに近くに配線され、差動信号伝達によく使用されます。この構成は、高速アプリケーションにおいてクロストークを最小限に抑え、信号の完全性を維持するのに役立ちます。

  • 埋め込み型マイクロストリップ: 標準のマイクロストリップに似ていますが、ストリップの上下に誘電体材料を備えた PCB 層内に埋め込まれています。この構成はあまり一般的ではなく、追加のシールドが必要な特定の用途で使用されます。

  • 対称ストリップライン: PCB の内層内の 2 つの平行なグランド プレーン間の中央に配置された導電性ストリップ。この対称構造により、一貫した誘電環境と優れた EMI シールドが提供されます。

  • 非対称ストリップライン: 対称ストリップラインに似ていますが、導電性ストリップが中央ではなくグランドプレーンの 1 つの近くに配置されています。この構成を使用すると、さまざまなインピーダンス特性を実現できます。

  • エッジ結合ストリップライン: 2 つの平行なストリップラインは互いに近くに配線され、PCB の内部層内の差動信号伝達に使用されます。この構成により、優れたシールドと最小限のクロストークが実現します。

  • ブロードサイド結合ストリップライン: 一対のストリップラインは PCB 層内で上下に積み重ねられ、誘電体材料によって分離されます。この構成は差動信号伝達に使用され、優れた分離と信号の完全性を提供します。

まとめ

PCB のパフォーマンスを最適化するには、ストリップライン伝送ラインとマイクロストリップ伝送ラインのどちらを選択するかが重要です。マイクロストリップはコスト効率が高く、製造が容易なため、RF およびマイクロ波回路に最適です。ストリップラインは優れた信号整合性と EMI シールドを提供するため、高速および高周波アプリケーションに適しています。

周波数、信号の完全性、コストの考慮事項など、プロジェクト固有のニーズを評価します。 VictoryPCB のような知識豊富な PCB メーカーに相談すると、貴重なガイダンスが得られ、設計が技術要件を満たしていることを確認できます。これらの要素を考慮することで、PCB 設計について情報に基づいた決定を下すことができます。

参考文献

ストリップラインとマイクロストリップ: PCB 設計配線の違いとガイドライン。 リンク
 PCBにおけるマイクロストリップとストリップラインの違いは何ですか。 リンク

著者について

私は 2015 年から Victorypcb でエンジニアリングおよびセールスのスーパーバイザーとして働いています。過去数年間、米国 (IPC Apex Expo)、ヨーロッパ (ミュンヘン エレクトロニカ)、日本 (ネプコン) などのすべての海外展示会を担当してきました。 2005 年以来、現在では世界中に 1521 社のクライアントがあり、その中で非常に高い評価を獲得しています。

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