Calculadora Microstrip integrada con acoplamiento de bordes
Calcule la impedancia diferencial y de modo común para un par acoplado por bordes bajo una máscara de soldadura, un revestimiento o un material preimpregnado, con una permitividad efectiva separada por modo, de modo que la inclinación que introduce la cubierta sea visible.
Fórmula
Referencia: Filling factors fitted to the layered method-of-moments solver committed in src/lib/pcb/__tests__/solver, which reproduces Hammerstad–Jensen to 0.1% and the fully-embedded limit to 0.005%.
Cómo Funciona
Un par diferencial en una capa exterior rara vez está desnudo. Sobre ella se coloca una máscara de soldadura, un revestimiento conformado o un material preimpregnado laminado, y esa cubierta cambia la impedancia más de lo que sugiere su grosor, porque el campo entre dos trazas poco espaciadas se concentra exactamente donde se encuentra la cubierta.
Lo que diferencia a un par de superficies cubiertas de un par de franjas es que el dieléctrico no es homogéneo. Parte del campo está en el sustrato, parte en la cubierta y parte todavía en el aire. Los dos modos dividen ese campo de manera diferente: el modo impar impulsa su campo a través del espacio entre las trazas, mientras que el modo par se extiende lateralmente. Por lo tanto, los dos modos tienen diferentes permitividades efectivas y viajan a velocidades diferentes.
Esa diferencia de velocidad es real e importante. Un par cuyos modos viajan a velocidades diferentes convierte la señal diferencial en modo común a medida que se propaga (sesgo de conversión de modo) y un par largo cubierto la acumula. Un par de líneas de banda no lo hace, porque su medio es uniforme.
Esta calculadora separa la geometría de la dieléctrica. Las impedancias en modo aire dependen únicamente del ancho y el espaciado en relación con la altura del sustrato, y se ajustan como proporciones a la línea única, de modo que un par desacoplado recupera exactamente el resultado de una sola línea. Cada modo recibe entonces su propia permitividad efectiva, que se basa en la proporción de la energía que ya está en el sustrato más la parte del resto que captura la cubierta.
Esa construcción tiene una propiedad que vale la pena mencionar: dado que la cubierta solo puede capturar la energía que aún no está en el sustrato, la permitividad efectiva nunca puede superar la mayor permitividad presente. Esa encuadernación no es un cheque que se coloca con pernos después, sino que se mantiene por construcción. Un modelo con microbandas encubiertas que lo infringe, como ocurría con un modelo anterior de esta base de código, no solo es impreciso, sino que describe algo que no puede existir.
En un par simple, el modo par tiene la permitividad más alta, porque el modo impar impulsa su campo a través de un espacio de aire. Si colocas una cubierta gruesa sobre un espacio reducido, ese orden puede invertirse, ya que la región en la que el modo impar trabaja más ahora es dieléctrica y no aérea. El modelo reproduce la inversión porque se ajustó a una resolución de campo estratificada en lugar de a una suposición.
Ejemplo Resuelto
Tome un par de 0,2 mm con un espacio de 0,2 mm sobre un sustrato FR4 de 0,2 mm a μr = 4,2, cobre de 1 onza y menos de 25 μm de máscara de soldadura a μc = 3,5.
La traza única por sí sola, cubierta, es de 64,13 Ω. Junto con su socio:
Z_impar = 53,76 Ω, Z_par = 73,82 Ω Z_diff = 2 × 53,76 = 107,52 Ω Z_común = 73,82/2 = 36,91 Ω
Ahora es la parte que un modelo homogéneo no puede mostrar. Los dos modos tienen diferentes permitividades efectivas:
μeff, impar = 3.122, μeff, par = 3.472
lo que proporciona retardos de propagación de 5,894 ps/mm para el modo impar y de 6,215 ps/mm para el modo par. Esto equivale a 0,321 ps/mm de sesgo entre los modos. En una ruta de 100 mm, acumula 32 ps de conversión de diferencial a modo común, por lo que la calculadora lo muestra como una advertencia en lugar de dejarlo en una tabla.
Establezca la constante dieléctrica de cobertura en 1,0 y la calculadora devolverá exactamente el par de superficies desnudas, lo que es una forma útil de ver cuánto le está costando realmente la máscara.
Consejos Prácticos
- ✓Ejecute la geometría dos veces, una vez con el dieléctrico de la cubierta en 1,0 y otra con su valor real. La diferencia es lo que hace la portada, aislada de todo lo demás.
- ✓Para un par largo, observe los dos retrasos de propagación antes de las impedancias. Si el sesgo es significativo en la longitud de la ruta, ese es un argumento más sólido para moverse a una capa interna que la impedancia.
- ✓Una cubierta más gruesa es más predecible que una delgada, porque una vez que la cubierta contiene el campo, el grosor adicional deja de importar. La máscara fina es la región sensible.
- ✓Si el diseño es crítico desde el punto de vista de la impedancia y el par debe permanecer en la superficie, pida al fabricante que mantenga pulsada la máscara e informe sobre el grosor de la máscara en lugar de dar por sentado una cifra nominal.
- ✓Compruebe el indicador de rango validado cuando utilice trazas con espacios inusualmente anchos o poco espaciados.
- ✓Compare con la calculadora simétrica interna para el mismo objetivo eléctrico: si ambos son viables, el par enterrado elimina por completo la cuestión del sesgo.
Errores Comunes
- ✗Ignorando la máscara de soldadura porque es delgada. La máscara de veinticinco micrómetros se encuentra precisamente donde el campo en modo impar es más fuerte y mueve la impedancia diferencial varios ohmios.
- ✗Usar una permitividad efectiva para ambos modos. Esto borra el sesgo, que es la razón principal por la que un par de superficies cubiertas se comporta de manera diferente a uno enterrado.
- ✗Suponiendo que el modo par siempre tiene la mayor permitividad. Lo hace en un par desnudo, pero una cubierta gruesa sobre un espacio estrecho puede invertir el orden.
- ✗Tomando el grosor de la máscara como valor en la hoja de datos del fabricante. La máscara sobre un trazo es más delgada que la máscara sobre un laminado desnudo, y lo que importa aquí es el grosor sobre el cobre.
- ✗Tratar un par cubierto y un par en línea recta como intercambiables para rutas largas. Solo una de ellas acumula un sesgo de conversión de modo.
Preguntas Frecuentes
Herramientas de Simulación Avanzadas
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