Tu línea de stripline no está centrada (y eso está bien)

Nadie construye una línea de banda centrada

Abre cualquier libro de texto y se dibuja una línea con el trazo exactamente a medio camino entre dos planos. Abre la pila real de tu fabricante y casi nunca lo está.

La razón es aburrida: el núcleo y el material preimpregnado vienen en espesores discretos: 0,1 mm, 0,2 mm, 0,36 mm, independientemente de las existencias del proveedor. A menos que la disposición de las capas se divida de manera uniforme, la capa de señal se sitúa más cerca de un plano que del otro. En una placa de 8 capas, es perfectamente normal que se sitúe a 0,2 mm de un plano y a 0,6 mm del otro.

Se trata de una línea de franjas asimétrica o «desplazada». Es el caso común, no la excepción.

Cuánto cuesta realmente la compensación

Menos de lo que la gente teme y de una manera diferente a la que espera.

Tomemos una traza de 0,15 mm en FR4, 1 onza de cobre, 0,2 mm en el plano cercano y 0,6 mm en el lejano. Centrado en la misma cavidad de 0,835 mm, obtendrías aproximadamente 65,5 Ω. Compensación según lo descrito: alrededor de 58 Ω. Aproximadamente un 11% más bajo.

Por lo tanto, la compensación reduce la impedancia. Eso tiene sentido: la traza está más cerca de un plano, por lo que la capacitancia aumenta. Y lo arreglas de la manera aburrida: ajusta el ancho de la traza. El ancho es gratuito. La laminación personalizada no lo es. Nunca pida a un fabricante un material preimpregnado no estándar para recuperar una pila centrada cuando un cambio de ancho hace el mismo trabajo.

Lo que realmente importa no es el cambio de impedancia. Es adonde va la corriente.

La corriente de retorno selecciona el plano cercano

La corriente de retorno se divide entre los dos planos aproximadamente en proporción inversa a la distancia. Con un desfase de 3:1, algo así como las tres cuartas partes fluyen en el plano cercano.

Esta es la consecuencia práctica, y tiende a afectar más durante las pruebas de EMC que durante la revisión del diseño. Una grieta, un vacío o un grupo denso de antiadherentes en el plano cerca obligan a regresar al desvío. Ese desvío es el área del bucle, y el área del bucle es la emisión radiada y la diafonía.

El mismo defecto en el plano lejano apenas se registra.

Por lo tanto, cuando dirijas una línea de banda desplazada, debes saber qué plano es el más cercano y mantenerla intacta durante toda la ruta. Una vez superada la asimetría de 5:1, puedes tratar el plano lejano como un elemento decorativo para garantizar la integridad de la señal y diseñarlo completamente alrededor del plano cercano.

¿Por qué la mayoría de las fórmulas de offset tienen una lectura alta?

Esta es la parte que me pareció interesante mientras construía la calculadora.

El enfoque estándar es la superposición de Cohn. La traza ve dos semiestructuras: una delimitada por el plano cercano y otra por el plano lejano. Refleja cada mitad alrededor de su propio plano y obtendrás una línea de franjas simétrica ordinaria, cuya capacitancia es el doble que la de la mitad de la mitad de la que proviene. Las dos mitades comparten un conductor, por lo que sus capacitancias se suman.

Es elegante, se contrae exactamente en la caja simétrica cuando está en posición $h_1 = h_2$ y reduce correctamente la impedancia a cero cuando se cierra cualquiera de los huecos. Todas buenas propiedades.

Además, no es exacto, y la razón es sutil. La superposición supone discretamente que una pared magnética se encuentra en el plano de la traza fuera de la traza, lo que significa que ningún campo puede rodear el borde de la traza de una mitad a la otra. Las estructuras reales no tienen esa pared. El campo sí que se cierra.

Escribe la capacitancia como una parte de una placa paralela más una franja:

La superposición siempre devuelve $F = 8\ln 2/\pi$, la franja simétrica, sin importar qué tan desplazada esté la traza. La franja verdadera crece bruscamente a medida que la traza se acerca a un plano. Esa única omisión es el error total.

¿Qué tan grande? Lo comparamos con un solucionador basado en el método de momentos basado en la función exacta de Green de placas paralelas, el tipo de referencia que reproduce la línea de banda centrada en el análisis aproximadamente en un 0,0002%. La superposición simple alcanza un par de puntos porcentuales en las compensaciones típicas y alcanza el 14% cuando la traza se encuentra muy cerca de un plano.

Si alguna vez te has preguntado por qué una pizarra obtiene unos pocos ohmios de diferencia frente a una calculadora que parecía fidedigna, esta es una buena opción.

El límite de validez que la gente omite

La conocida fórmula lineal logarítmica:

viene con una condición: sirve para una tira estrecha, aproximadamente $W/(b-t) < 0.35$. Pasado ese tiempo, el argumento del logaritmo se reduce a 1 y la respuesta se desmorona. En $ W/b = 2$, predice por debajo de lo esperado en casi un 80%.

Esto es importante para un enrutamiento ancho y de baja impedancia: distribución de energía en las capas internas, espinas de reloj anchas, cualquier cosa deliberadamente gruesa. Muchas herramientas aplican la fórmula logarítmica en todas partes y te dan un número que parece plausible y no lo es.

La solución es la solución exacta de mapeo conformacional, que se mantiene en todos los anchos:

Sin bifurcación, sin cruce, sin discontinuidad cuando dos aproximaciones se encuentran.

Comprueba el estado de cualquier herramienta de impedancia

Tardan treinta segundos y detectan errores reales:

1. Iguala ambas alturas. Un modelo correcto devuelve exactamente el valor de la línea de banda centrada. No está cerca, exactamente.
2. Empuje un espacio hacia cero. La impedancia debería reducirse hacia cero, porque el conductor se acerca a un plano.
3. Barre el ancho con suavidad. La impedancia debería caer de forma monótona sin escalones. Un salto significa que la herramienta ha cambiado las fórmulas a media distancia.

Encontramos una implementación estándar que fallaba en las dos primeras: devolvía 1,089 veces el valor simétrico en $h_1 = h_2$ y la impedancia aumentaba cuando la traza se acercaba a un plano. Ambas son físicamente imposibles, y ninguna de ellas es visible a menos que vayas a buscarlas.

¿Qué hacer realmente

• Obtenga la pila prensada de su fabricante, no la ficha nominal de la hoja de datos. El grosor del material preimpregnado después de la laminación depende de la cantidad de cobre que tenga que fluir.
• Compense el desfase con el ancho de la traza.
• Identifique el plano cercano y manténgalo sólido debajo de la ruta.
• Por encima de una compensación de 3:1, espere un poco más de incertidumbre en cualquier modelo de formato cerrado y obtenga una solución de campo si el margen es ajustado.

La calculadora de líneas de franjas asimétricas usa la forma elíptica exacta con la corrección de franjas y muestra el valor centrado junto a ella para que puedas ver cuánto cuesta la compensación.