微带线和带状线介绍与应用(microstrip and stripline)

kushupcb · 发表于 2014-4-26 10:12:00

微带线和带状线介绍与应用(microstripand stripline)

1.微带线是一根带状导(信号线)．与地平面之间用一种电介质隔离开。如果线的厚度、宽度以及与地平面之间的距离是可控制的，则它的特性阻抗也是可以控制的。

2.带状线是一条置于两层导电平面之间的电介质中间的铜带线。如果线的厚度和宽度、介质的介电常数以及两层导电平面间的距离是可控的，那么线的特性阻抗也是可控的.

单位长度微带线的传输延迟时间，仅仅取决于介电常数而与线的宽度或间隔无关

微带线速度块，抗干扰能力弱，带状线速度慢些，抗干扰能力强些

因为微带线一面是FR4（或者其他电介质）一面是空气（介电常数低）因此速度很快，利于走对速度要求高的信号（例如差分线，通常为高速信号，同时抗干扰比较强）

带状线两边都有电源或者地层，因此阻抗容易控制，同时屏蔽较好，但是信号速度慢些。

通常同样的介质条件微带线的损耗小（线宽），带状线的损耗大（线细，有过孔）。

当设计一个电路板时，首先要考虑的是需要多少布线层(routing layer)及电源平面（在可接受的成本价格内）。层数之决定在于功能规格、杂讯免疫力、信号分类、需布线之net、trace数目、阻抗之控制、VLSI元件密度、汇流排之布线，等等。适当使用microstrip及stripline方式以在PCB层面压制射频辐射。在PCB内之平面（Ground或VCC）是压制PCB内Common-modeRF之重要方法之一，理由是这平面会降低高频电源分布阻抗(power distribution impedance)。

Microstrip:指PCB之外层的trace,经一介电物质邻接一整平面（solid plane）. Microstrip方式提供PCB上之RF压制，同时也可容许比sctripline较快之clock及逻辑讯号。此较快之clock及逻辑讯号是因为较小之耦合电容及较低之空载传输延迟。Microstrip的缺点是此PCB外部信号层会辐射RF能量时入环境，对非在此层之上下加入金属屏蔽。

Stripline：信号层介于两个solid planes (Voltage或Ground)之间。Stripline有达到较佳RF辐射防制，但只能用在较低之传输速度，因信号层介于两个Solid planes之间，两平面间会有电容性耦合，导致降低高速信号之边缘速率(edgerate), Stripline之电容耦合效应在边缘速率快于1ns之信号较为显著，使用Stripline的主要效应是对内部trace之RF能量之完整屏蔽，因而对射频有较佳之抑制能力。
要注意的是辐射仍然会从其他无件产生，虽然内部之trace可不令其产生辐射，其它之内部边线(bond接线、无件脚、插座、内部连线能及其他类似者)仍会产生问题。随着系统、元件、trace之阻抗，会存在阻抗不匹配(impedande mismatch)之问题，此不匹配之阻抗会使RF能量由内部trace耦合到其他电路或是自由空间(free space)。使元件之接脚电感最小（minimizing leadimpedance）可降低辐射现象。

微带线和带状线的阻抗计算:

a.微带线(microstrip) Z={87/[sqrt(Er+1.41)]}ln[5.98H/(0.8W+T)]

其中，W为线宽，T为走线的铜皮厚度，H为走线到参考平面的距离，Er是PCB板材质的介电常数(dielectricconstant)。此公式必须在0.1<(W/H)<2.0及1<(Er)<15的情况才能应用。
b.带状线(stripline) Z=[60/sqrt(Er)]ln{4H/[0.67π(T+0.8W)]}

其中，H为两参考平面的距离，并且走线位于两参考平面的中间。此公式必须在W/H<0.35及T/H<0.25的情况才能应用。

兩方面的作用：

在手机电路中，一条特殊的印刷铜线即构成一个电感微带线，在一定条件下，我们又称其为微带线。一般有两个方面的作用：一是它把高频信号能进行较有效地传输；二是与其他固体器件如电感、电容等构成一个匹配网络，使信号输出端与负载很好地匹配。

　　1.PCB的特性阻抗Z0与PCB设计中布局和走线方式密切相关。影响PCB走线特性阻抗的因素主要有：铜线的宽度和厚度、介质的介电常数和厚度、焊盘的厚度、地线的路径、周边的走线等。

　　2.当印制线上传输的信号速度超过100MHz时，必须将印制线看成是带有寄生电容和电感的传输线，而且在高频下会有趋肤效应和电介质损耗，这些都会影响传输线的特征阻抗。按照传输线的结构，可以将它分为微带线和带状线。

　　在PCB的特性阻抗设计中，微带线结构是最受欢迎的，因而得到最广泛的推广与应用。最常使用的微带线结构有4种：表面微带线（surface microstrip）、嵌入式微带线（embedded microstrip）、带状线（stripline）、双带线（dual-stripline）。

　　3.微带线是位于接地层上由电介质隔开的印制导线，它是一根带状导(信号线)．与地平面之间用一种电介质隔离开。。印制导线的厚度、宽度、印制导线与地层的距离以及电介质的介电常数决定了微带线的特性阻抗。如果线的厚度、宽度以及与地平面之间的距离是可控制的，则它的特性阻抗也是可以控制的。单位长度微带线的传输延迟时间，仅仅取决于介电常数而与线的宽度或间隔无关微带线