PCB

Calculadora de impedancia de doble línea

Calcule la impedancia para ambas capas de señal de una línea de banda doble (dos capas de enrutamiento que comparten un par de planos), más la penalización por diafonía lateral cuando las trazas se superponen.

Loading calculator...

Fórmula

Z_{0n} = \frac{2 Z_a Z_b}{Z_a + Z_b},\qquad k_b = \frac{Z_{even} - Z_{odd}}{Z_{even} + Z_{odd}}

Referencia: IPC-2141A; E. Bogatin, "Signal and Power Integrity — Simplified", 3rd ed., ch. 11

b— Plane-to-plane spacing (mm)

h₁— Layer 1 to upper plane (mm)

h₂— Layer 2 to lower plane (mm)

s— Separation between the two signal layers (mm)

k_b— Broadside backward-crosstalk coefficient

Cómo Funciona

La línea de banda doble coloca dos capas de enrutamiento entre un par de planos de referencia. Es un juego de costes: se obtienen dos capas de señal por el precio de un par de planos, lo que en una placa densa puede ahorrar dos capas de cobre y un ciclo de laminación. El precio que se paga es el acoplamiento entre las dos capas de señal, y hay que gestionarlo mediante la disciplina del enrutamiento y no mediante la geometría.

Cada capa de señal por sí sola es simplemente una línea de banda desplazada. La capa 1 se encuentra a $h_1$ del plano superior y a $s + t + h_2$ del plano inferior; la capa 2 es el espejo. Ambas se resuelven con la construcción de mitades paralelas de Cohn:

Z_ {0} =\ frac {2 Z_a z_B} {Z_a + z_B}

La otra capa de señal se trata deliberadamente no como referencia. Es un conductor flotante, no un avión, y lleva su propia señal. Esa es exactamente la razón por la que las dos capas deben enrutarse ortogonalmente: en el momento en que dos trazas discurren paralelas una sobre la otra, el modelo deja de aplicarse y, en su lugar, se obtiene un par acoplado lateralmente.

¿Por qué la superposición es tan perjudicial

Cuando dos trazas en capas de señal adyacentes se superponen, se enfrentan entre sí a través de un dieléctrico delgado sin ningún plano intermedio. Esa es la geometría de acoplamiento más ajustada disponible en una PCB. Se descompone en modos: el modo impar coloca una pared eléctrica a medio camino entre las trazas, el modo par coloca allí una pared magnética y deja cada traza referenciada solo a su propio plano. El coeficiente de diafonía hacia atrás se deduce de la división:

k_b =\ frac {Z_ {par} - Z_ {impar}} {Z_ {par} + Z_ {impar}}

En una geometría típica de doble línea, esta cifra se sitúa en torno al 20% y supera el 50% cuando las dos capas de señal se encuentran más cerca una de la otra que de sus planos, lo que es mucho peor que el acoplamiento de bordes entre trazas contiguas de la misma capa. No se trata de un número en torno al cual diseñar, sino de un número que se evita direccionando una capa de norte a sur y la otra de este a oeste.

Asimetría de impedancia

A menos que el apilamiento sea simétrico, las dos capas no tendrán la misma impedancia. La capa que se encuentre más cerca de su plano es la de menor impedancia. Si ambas necesitan alcanzar el mismo objetivo, utilice diferentes anchos de traza por capa e indique al fabricante ambos valores.

Ejemplo Resuelto

Problema: una placa de 6 capas tiene conexión a tierra en L2 y L5, con capas de señal en L3 y L4. La distancia entre planos es de 0,8 mm, la L3 está 0,2 mm por debajo de la L2, las dos capas de señal tienen una separación de 0,33 mm, el cobre es de 1 onza y la FR4 er = 4,2. Calcula las impedancias y el acoplamiento más desfavorable.

Paso 1: Deriva la brecha inferior: h2 = b - h1 - s - 2t = 0.8 - 0.2 - 0.33 - 0.07 = 0.2 mm El apilamiento es simétrico, por lo que ambas capas deben coincidir.

Paso 2: Impedancia de capa 3, trazo de 0,13 mm. Espacio cercano a 0,2 mm, referencia lejana a s + t + h2 = 0,565 mm. Al reflejar cada mitad alrededor de su propio plano, se obtienen dos líneas de banda simétricas equivalentes: z_A (b = 0,435 mm) = 50,04 ohmios z_B (b = 1,165 mm) = 78,55 ohmios Combinar las mitades y restaurar la franja que la superposición simple omite: Z0 = 60,51 ohmios

Paso 3: la capa 4 es la imagen reflejada, por lo que también 60,51 ohmios. Simétrica confirmada.

Paso 4: Acoplamiento lateral en el peor de los casos si las capas se superponen. El modo impar coloca una pared eléctrica a medio camino entre las trazas a s/2 = 0,165 mm; el modo par la reemplaza por una pared magnética, de modo que cada trazo hace referencia a su propio plano, pero sigue viendo algún campo más allá de la pared. Z_impar = 47,45 ohmios, z_par = 73,52 ohmios k_b = (73,52 - 47,45)/(73,52 + 47,45) = 21,6%

Paso 5: Interpretación. La víctima recibe más de una quinta parte de la tensión del agresor si las dos líneas discurren paralelas una sobre la otra, lo que es mucho peor que el acoplamiento entre bordes vecinos de la misma capa con una separación normal. Une la L3 horizontalmente y la L4 verticalmente; la superposición se reduce entonces a cruces aislados, donde la longitud del acoplamiento es de una fracción de milímetro y la diafonía es insignificante.

Consejos Prácticos

✓Enrute las dos capas ortogonalmente sin excepción. Haga que se cumpla con una regla de diseño, no con la disciplina del revisor.
✓Asigne a cada capa su propio ancho de trazo si el apilamiento es asimétrico y coloque ambos anchos en el dibujo de fabricación.
✓Mantenga las dos capas de señal tan separadas como lo permita el apilamiento y cada capa lo más cerca posible de su propio plano; esa es la geometría que minimiza el acoplamiento.
✓Si debe ejecutar dos redes paralelas entre capas, asegúrese de que no estén relacionadas y sean lentas. Nunca lo hagas con un reloj o una luz estroboscópica.
✓Cuando el presupuesto permita un plano entre las dos capas de señal, tómelo. La línea de banda doble supone un compromiso de costes, no una opción de rendimiento.
✓Compruebe el coeficiente de acoplamiento indicado antes de realizar el apilamiento. Por encima de aproximadamente el 10%, la regla de ortogonalidad deja de ser una recomendación y se convierte en un requisito obligatorio.

Errores Comunes

✗Enrutar ambas capas de señal en la misma dirección. Las trazas laterales superpuestas normalmente se acoplan en torno al 20%, y mucho más cuando las capas están muy juntas, ya que ningún espaciado dentro de una capa lo arregla.
✗Suponiendo que ambas capas tienen la misma impedancia. Solo coinciden si la pila es simétrica; de lo contrario, la capa más cercana a su plano es más baja.
✗Tratar la otra capa de señal como un plano de referencia en el modelo de impedancia. Se trata de un conductor flotante que transporta su propia señal y, al modelarlo como tierra, se obtiene una impedancia optimistamente baja.
✗Poner un par diferencial en una capa de doble línea de banda y un reloj rápido de un solo extremo en la otra, directamente encima de ella. El reloj se acopla al par en modo común, que el receptor no puede rechazar.
✗Olvidar añadir los dos espesores de cobre al derivar la compensación de la segunda capa con respecto al espaciado del plano: un error de 0,07 mm en un espacio de 0,2 mm es un error del 35% en el lugar incorrecto.

Preguntas Frecuentes

¿Qué es la línea de banda doble?

Dos capas de enrutamiento de señales colocadas entre el mismo par de planos de referencia, sin ningún plano entre ellas. Ahorra capas de cobre y costes en comparación con tener cada capa de señal su propio par de planos.

¿Realmente las dos capas tienen que ser ortogonales?

En la práctica, sí. Las trazas enfrentadas entre sí a través de un dieléctrico delgado sin ningún plano intermedio son la estructura más estrechamente acoplada de una placa de circuito impreso: por lo general, alrededor del 20% de diafonía hacia atrás, y mucho más en acumulaciones reducidas. Al enrutar una capa horizontalmente y la otra verticalmente, la longitud acoplada en cada cruce se reduce prácticamente a cero.

¿Por qué mis dos capas muestran una impedancia diferente?

Porque se sientan a diferentes distancias de su plano más cercano. La capa más cercana a su plano tiene la impedancia más baja. Fíjala con diferentes anchos de trazo por capa, en lugar de intentar forzar un apilamiento simétrico.

¿Puedo ejecutar pares diferenciales en una línea de banda doble?

Sí, siempre que se cumpla la regla de ortogonalidad y nada pase rápido directamente sobre el par en la capa adyacente. El acoplamiento de banda ancha producido por un agresor situado en la parte superior aparece como modo común en la pareja, y el rechazo del receptor no puede eliminarlo.

¿Vale la pena la pena con doble stripline?

En diseños densos y sensibles a los costos, sí: ahorrar dos capas es dinero real en volumen. En el caso de diseños de alta velocidad con presupuestos ajustados de diafonía, es mejor colocar un plano entre las capas de señal y aceptar el coste adicional.

Herramientas de Simulación Avanzadas

S-Parameter Analysis Pipeline

Upload up to 4 Touchstone files and get insertion loss, return loss, group delay, TDR impedance profile, and passband ripple — all in one automated report.

PRO

Shop Components

As an Amazon Associate we earn from qualifying purchases.

PCB Manufacturing (JLCPCB)

Affordable PCB fabrication with controlled impedance options

JLCPCB →

FR4 Copper Clad Laminate

FR4 laminate sheets for custom PCB prototyping

Amazon →

Thermal Paste

Thermal interface material for component heat management

Amazon →

Calculadoras relacionadas

PCB

Línea de banda asimétrica

Calcule la impedancia característica de una línea de banda desplazada (asimétrica) en la que la traza se encuentra más cerca de un plano de referencia que del otro. Se compara con la caja centrada.

PCB

Impedancia Controlada

Calcula las dimensiones de pistas para lograr impedancias controladas de 50Ω, 75Ω u otras en PCB.

PCB

Diafonía PCB

Estima la diafonía inductiva y capacitiva entre pistas paralelas en PCB.

PCB

Apilamiento PCB

Diseña el apilamiento de capas de PCB con impedancias controladas y cálculo de grosor de dieléctrico.