Ligne ruban vs microruban : distinctions et guide de routage

Image jaune illustrant le routage des pistes d'un circuit

 

La première fois que j'ai assisté à une présentation sur les techniques de conception haute vitesse, je dois avouer que toutes ces informations me sont complètement passées au-dessus de la tête. Je n'en étais alors qu'au début de ma carrière en tant que concepteur et j'imagine que mon manque d'expérience n'y était pas pour rien. Le concept même du routage avec ligne ruban et microruban n'avait aucun sens pour moi. J'ai donc pensé que le formateur parlait d'un tout autre type de PCB, que je ne connaissais pas. Par chance, cette confusion a rapidement été levée quand j'ai finalement compris que les qualificatifs « ligne ruban » et « microruban » ne s'appliquaient pas au PCB en lui-même. En réalité, la ligne ruban et le microruban sont deux techniques qui peuvent être employées lors du routage des lignes de transmission à haute vitesse d'un PCB.

 

Comprendre ce que sont la ligne ruban et le microruban peut relever du défi. Que vous débutiez dans le secteur de la conception de PCB ou que vous ayez simplement besoin d'un rappel, cette brève étude est pour vous.

 

Humain dessinant un circuit imprimé

Que sont la ligne ruban et le microruban ?

 

Que sont la ligne ruban et le microruban ?

La ligne ruban et le microruban sont deux techniques qui vous permettront de router les lignes de transmission à haute vitesse de votre PCB. La ligne ruban est une ligne de transmission entourée d'un matériau diélectrique et suspendue entre deux plans de masse sur les couches internes d'un PCB. Quant au microruban, il s'agit d'une ligne de transmission routée sur une couche externe du circuit. C'est pourquoi celle-ci est isolée du plan de masse par un matériau diélectrique.

 

Lorsque la ligne de transmission se situe sur la couche de surface du circuit, le routage avec microruban présente un signal aux caractéristiques supérieures à celles obtenues avec une ligne ruban. La fabrication d'un circuit avec microruban est également moins onéreuse. En effet, la structure de couches caractérisée par la présence d'un plan et d'une couche de signal contribue à simplifier le processus de fabrication. Au contraire, la fabrication d'une ligne ruban est compliquée par les multiples couches nécessaires pour soutenir la piste intégrée entre les deux plans de masse. Cependant, en présence d'une ligne ruban, la largeur de la piste à impédance contrôlée est inférieure à celle présentée par un microruban pour une valeur égale. Ce phénomène s'explique par l'existence d'un second plan de masse. La largeur inférieure des pistes permet alors d'obtenir des densités plus élevées de circuits et par là même une conception plus compacte. En outre, router les couches internes à l'aide d'une ligne ruban permet de réduire les interférences électromagnétiques et offre une meilleure protection contre les situations dangereuses.

 

La ligne ruban et le microruban présentent tous deux des avantages distincts. Pour choisir la méthode la plus adaptée, vous devrez donc vous appuyer sur les exigences imposées par votre conception. Ainsi, en présence d'une conception haute vitesse dense, ces deux techniques sont souvent associées lors du routage d'un circuit multi-couches afin de répondre à tous les besoins liés à la conception.

 

En outre, lors du routage des lignes de transmission d'une conception haute vitesse, il est essentiel de définir une impédance contrôlée valable pour toute la conception. Pourobtenir des valeurs d'impédance acceptables à l'échelle du circuit, la couche du PCB sur laquelle est routée la ligne de transmission, les caractéristiques physiques de la ligne de transmission et les caractéristiques du diélectrique doivent toutes être prises en compte. De nombreuxcalculateurs d'impédance vous proposeront différents modèles de lignes rubans et microrubans et réaliseront ces calculs à votre place.

 

Image des différents types de routage des lignes de transmission

Les lignes rubans et les microrubans sont essentiels à votre conception

 

Exemples de routage avec des lignes rubans et microrubans

Voici quelques exemples de routage avec des lignes rubans et microrubans ainsi que certaines des caractéristiques qui influent sur le calcul de l'impédance :

 

  1. Microruban.Les lignes de transmission qui sont routées sur les couches externes sont considérées comme des microrubans. Leur modèle est établi en fonction de l'épaisseur et de la largeur de la piste ainsi que de la hauteur du substrat et du type de diélectrique utilisé.
  2. Microruban à couplage latéral. Cette technique est employée lors du routage de paires différentielles. La structure est alors identique à celle d'un microruban habituel, mais la configuration est compliquée par l'ajout d'un espacement entre les pistes en présence de la paire différentielle.
  3. Ligne microruban intégrée. Cette structure est similaire à celle d'un microruban habituel. L'unique distinction est qu'une autre couche de diélectrique est ajoutée au-dessus de la ligne de transmission. Le masque de soudure peut être considéré comme une couche de diélectrique et doit donc entrer dans le calcul de l'impédance.
  4. Ligne ruban symétrique. Les lignes de transmission routées sur les couches internes (entre les deux plans de masse) sont considérées comme des lignes rubans symétriques ou encore comme des lignes rubans « habituelles ». Comme pour le microruban, la configuration est établie en fonction de l'épaisseur et de la largeur des pistes ainsi que de la hauteur du substrat et du type de diélectrique. Le calcul est adapté en fonction de la piste intégrée entre les deux plans.
  5. Ligne ruban asymétrique. Bien qu'elle présente une structure similaire à celle de la ligne ruban symétrique, cette configuration se caractérise par une ligne de transmission qui n'est pas précisément équilibrée entre les deux plans.
  6. Ligne ruban à couplage latéral. Cette technique est employée lors du routage de paires différentielles. La structure est alors identique à celle d'une ligne ruban habituelle, mais la configuration est compliquée par l'ajout d'un espacement entre les pistes en présence de la paire différentielle.
  7. Ligne ruban à couplage transversal. Cette technique est elle aussi employée lors du routage de paires différentielles sur les couches internes. Cependant, au lieu d'être côte à côte, les paires sont empilées les unes sur les autres. Cette configuration est similaire à celle de la ligne ruban à couplage latéral.

 

J'espère que cette brève étude sur les lignes rubans et microrubans vous aura été utile et qu'elle aura levé certains des doutes qui entourent ces concepts. Comprendre les différentes techniques d'utilisation des lignes rubans et microrubans lors du routage des lignes de transmission vous aidera à concevoir de meilleurs circuits haute vitesse.

 

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