Microstrip vs. Stripline: comparación detallada para diseñadores de PCB

Las placas de circuito impreso forman la columna vertebral de los dispositivos electrónicos modernos y facilitan la transmisión perfecta de señales entre varios componentes. Dentro de estos intrincados diseños, las líneas de transmisión desempeñan un papel crucial en el mantenimiento de la integridad de la señal y la reducción de la interferencia electromagnética. Entre las líneas de transmisión más utilizadas en PCB se encuentran las microstrips y striplines. Cada tipo ofrece distintas ventajas y desafíos, lo que hace que la elección entre ellos sea importante para el rendimiento y la confiabilidad del producto final.

Este artículo tiene como objetivo proporcionar una comparación clara y concisa de striplines y microstrips, destacando sus diferencias estructurales, características de rendimiento y aplicaciones típicas. Al comprender estos aspectos, los diseñadores e ingenieros de PCB pueden tomar decisiones informadas adaptadas a los requisitos específicos de su proyecto, garantizando una transmisión de señal óptima y un rendimiento general del dispositivo.

Entendiendo la línea de franja

Una línea de corte es otro tipo de línea de transmisión utilizado en diseños de PCB, caracterizado por una tira conductora intercalada entre dos planos de tierra paralelos, con todo el conjunto incrustado dentro del material dieléctrico de la PCB. Esta ubicación interna proporciona un excelente blindaje para la ruta de la señal, reduciendo la interferencia electromagnética (EMI) y la diafonía de las pistas adyacentes. Las líneas de banda se utilizan predominantemente en diseños de PCB multicapa y ofrecen un rendimiento sólido para aplicaciones de alta frecuencia y alta velocidad.

Aplicaciones

Las líneas de banda son ideales para aplicaciones que exigen una alta integridad de la señal y una interferencia mínima. Se utilizan comúnmente en circuitos de alta frecuencia, electrónica aeroespacial y militar, y en cualquier diseño en el que mantener la pureza de la señal sea fundamental. El blindaje inherente proporcionado por los planos de tierra hace que las líneas de banda sean adecuadas para entornos con estrictos requisitos de EMI.

Características de presentación

Striplines ofrece varias ventajas de rendimiento notables:

• Integridad de la señal: La ubicación central de la línea entre dos planos de tierra proporciona un blindaje superior, lo que reduce significativamente las pérdidas de radiación y la diafonía. Esta configuración garantiza una alta integridad de la señal, especialmente importante para señales digitales y de RF de alta velocidad.

• Pérdidas dieléctricas: Si bien las líneas de banda generalmente experimentan mayores pérdidas dieléctricas en comparación con las microcintas, el ambiente dieléctrico constante alrededor de la línea de banda ayuda a mantener una propagación estable y constante.

• Control de impedancia: La impedancia característica de una línea de banda está influenciada por el ancho de la banda conductora y la separación entre los planos de tierra. Esto permite un control preciso sobre la impedancia, lo que hace que las líneas de corte sean adecuadas para el enrutamiento controlado por impedancia en diseños de PCB de alta densidad.

Consideraciones de diseño

Diseñar con líneas de corte implica varias consideraciones clave:

• Complejidad: El enrutamiento interno de las líneas de tira hace que el proceso de diseño y fabricación sea más complejo en comparación con las microstrips. Sin embargo, esta complejidad se ve compensada por los beneficios en la integridad de la señal y el control EMI.

• Costo: Las líneas de corte pueden ser más costosas de implementar debido a la necesidad de una fabricación precisa y las capas adicionales requeridas para los planos de tierra.

• Depuración y creación de prototipos: La naturaleza incrustada de las líneas de banda puede complicar la depuración y la creación de prototipos, ya que acceder a las capas internas para realizar pruebas o modificaciones es más desafiante en comparación con las pistas de superficie como las microcintas.

Entendiendo la microcinta

Una microcinta es un tipo de línea de transmisión utilizada en diseños de PCB, que consiste en una tira conductora separada de un plano de tierra por una capa dieléctrica. Normalmente, la tira conductora se coloca en las capas externas de la PCB, con el material dieléctrico (como FR4) actuando como una capa aislante entre la tira y la placa. plano terrestre. Esta estructura abierta permite que la microcinta interactúe fácilmente con otros componentes, lo que la convierte en una opción popular para circuitos de RF y microondas.

Aplicaciones

Las microstrips se utilizan ampliamente en aplicaciones que requieren transmisión de señales de alta frecuencia, como circuitos de RF, sistemas de comunicación por microondas y diseños de antenas. Su facilidad de conectividad y su mínima diafonía en entornos de alta densidad los hacen ideales para integrar múltiples canales en una sola PCB. Además, las microcintas se emplean comúnmente en diseños donde la rápida propagación de la señal y la eficiente disipación del calor son cruciales.

Características de presentación

Las Microstrips ofrecen varios beneficios de rendimiento:

• Velocidad de propagación: Las microstrips tienen una constante de propagación más baja, lo que resulta en una transmisión de señal más rápida en comparación con otros tipos de líneas de transmisión.

• Pérdidas dieléctricas y por radiación: Si bien las microstrips experimentan menores pérdidas dieléctricas debido a su exposición parcial al aire, tienden a tener mayores pérdidas por radiación, lo que puede afectar la integridad de la señal, especialmente a frecuencias más altas.

• Control de impedancia: La impedancia característica de una microstrip se puede controlar fácilmente ajustando el ancho de la tira y el espesor de la capa dieléctrica, lo que proporciona flexibilidad en el diseño.

Consideraciones de diseño

Diseñar con microstrips implica varias consideraciones para garantizar un rendimiento óptimo:

• Facilidad de fabricación: Las microstrips son relativamente fáciles de fabricar, ya que su colocación en la superficie de la PCB simplifica el proceso de conexión de componentes y reduce los costos de producción.

• Gestión térmica: La estructura abierta de las microstrips permite una disipación efectiva del calor, lo que las hace adecuadas para aplicaciones donde la gestión térmica es una preocupación.

• Integridad de la señal: Para minimizar las pérdidas de radiación y la diafonía, los diseñadores deben planificar cuidadosamente el diseño y el espaciado de las líneas de microcinta, particularmente en aplicaciones de alta densidad y alta frecuencia.

Diferencias clave entre Stripline y Microstrip

Comprender las diferencias clave entre striplines y microstrips es esencial para tomar decisiones informadas en el diseño de PCB. Estas diferencias afectan significativamente el rendimiento, la idoneidad de las aplicaciones y la complejidad del diseño.

Comparación basada en la estructura

Las microstrips están ubicadas en las capas externas de la PCB, donde una tira conductora está separada de un plano de tierra por una capa dieléctrica. Esta estructura abierta significa que la microcinta está expuesta al aire por encima de la PCB y al material dieléctrico por debajo. Por el contrario, las líneas de banda están incrustadas dentro de las capas internas de la PCB, intercaladas entre dos planos de tierra paralelos. Esta ubicación proporciona un entorno dieléctrico consistente alrededor de la traza de la señal, mejorando el blindaje y reduciendo la interferencia electromagnética (EMI).

Comparación basada en la integridad de la señal y el blindaje

En términos de integridad de la señal y blindaje, las microstrips tienden a presentar mayores pérdidas de radiación debido a su exposición al aire, lo que las hace más susceptibles a interferencias externas. Sin embargo, ofrecen un buen rendimiento para señales de alta frecuencia donde se prioriza la facilidad de conectividad. Las líneas de banda, por otro lado, se benefician de su naturaleza integrada, que proporciona un excelente blindaje contra EMI externa. Esto da como resultado menores pérdidas de radiación y una mejor integridad de la señal, lo que hace que las líneas de corte sean ideales para aplicaciones de alta velocidad y alta frecuencia donde mantener la pureza de la señal es crucial.

Comparación basada en pérdidas dieléctricas y por radiación

En cuanto a las pérdidas dieléctricas y por radiación, las microstrips experimentan menores pérdidas dieléctricas porque parte de la señal se propaga a través del aire, que tiene una constante dieléctrica más baja en comparación con las Material de PCB. Sin embargo, la contrapartida son mayores pérdidas por radiación. Las líneas de banda encuentran mayores pérdidas dieléctricas debido al entorno dieléctrico constante proporcionado por el material de PCB circundante. No obstante, este entorno ayuda a minimizar las pérdidas de radiación, manteniendo una ruta de señal más estable.

Comparación basada en el control de impedancia

El control de la impedancia en microstrips es relativamente sencillo ajustando el ancho de la tira conductora y el espesor de la capa dieléctrica. Esta flexibilidad hace que las microstrips sean adecuadas para una amplia gama de aplicaciones con diferentes requisitos de impedancia. Para líneas de banda, el control de impedancia se logra manipulando el ancho del conductor y el espacio entre los planos de tierra. Este control preciso es ventajoso para diseños que requieren estrictas tolerancias de impedancia, especialmente en escenarios de enrutamiento de alta densidad.

Comparación basada en la complejidad y el costo de fabricación

En cuanto a la complejidad y el costo de fabricación, las microcintas son generalmente más fáciles y menos costosas de fabricar debido a su ubicación externa. El proceso de diseño más simple hace que las microstrips sean una solución rentable para muchas aplicaciones de RF y microondas. Sin embargo, las líneas de banda son más complejas y costosas de producir debido a las capas adicionales y la precisión requerida para incrustar las trazas de la señal. Esta complejidad se justifica en aplicaciones donde los beneficios de una EMI reducida y una integridad de señal superior superan los mayores costos de producción.

Ejemplos de estilos de enrutamiento Stripline y Microstrip

Comprender los diferentes estilos de enrutamiento para striplines y microstrips es crucial para optimizar los diseños de PCB. A continuación se muestran algunos estilos de enrutamiento comunes para ambos tipos:

• Microcinta estándar: Una única tira conductora colocada en la capa externa de la PCB, separada del plano de tierra por una capa dieléctrica. Esta es la configuración de microcinta más básica y común.

• Microcinta acoplada por borde: Dos líneas microstrip paralelas enrutadas cerca una de la otra, a menudo utilizadas para señalización diferencial. Esta configuración ayuda a minimizar la diafonía y mantener la integridad de la señal en aplicaciones de alta velocidad.

• Microtira integrada: Similar a la microcinta estándar pero incrustada dentro de las capas de PCB, con un material dieléctrico encima y debajo de la tira. Esta configuración es menos común y se utiliza en aplicaciones específicas que requieren blindaje adicional.

• Línea de franja simétrica: Una tira conductora colocada centralmente entre dos planos de tierra paralelos dentro de las capas internas de la PCB. Esta estructura simétrica proporciona un entorno dieléctrico consistente y un excelente blindaje EMI.

• Línea de franja asimétrica: Similar a la línea de franja simétrica pero con la franja conductora colocada más cerca de uno de los planos de tierra en lugar de centralmente. Esta configuración se puede utilizar para lograr diferentes características de impedancia.

• Línea de banda acoplada por borde: Dos líneas paralelas enrutadas cerca una de la otra, utilizadas para señalización diferencial dentro de las capas internas de la PCB. Esta configuración proporciona un excelente blindaje y una mínima diafonía.

• Línea de banda acoplada por costado: Un par de líneas de tira apiladas una encima de la otra dentro de las capas de PCB, con el material dieléctrico separándolas. Esta configuración se utiliza para señalización diferencial y proporciona un excelente aislamiento e integridad de la señal.

Conclusión

Elegir entre líneas de transmisión stripline y microstrip es esencial para optimizar el rendimiento de la PCB. Las microstrips son rentables y más fáciles de fabricar, ideales para circuitos de RF y microondas. Striplines ofrece integridad de señal superior y blindaje EMI, lo que los hace adecuados para aplicaciones de alta velocidad y alta frecuencia.

Evalúe las necesidades específicas de su proyecto, como la frecuencia, la integridad de la señal y las consideraciones de costos. Consultar con un fabricante de PCB experto como VictoryPCB puede brindarle orientación valiosa y garantizar que su diseño cumpla con los requisitos técnicos. Al considerar estos factores, puede tomar una decisión informada para el diseño de su PCB.

Referencias

Stripline vs Microstrip: pautas y diferencias de enrutamiento de diseño de PCB. Enlace
 ¿Cuál es la diferencia entre Microstrip y Stripline en PCB? Enlace