Calculadora de líneas de franjas asimétricas (desfasadas) acopladas por bordes
Calcule la impedancia diferencial y de modo común para un par acoplado por bordes que se encuentre descentrado entre dos planos de referencia, el caso habitual en un apilamiento asimétrico.
Fórmula
Referencia: S. B. Cohn, IRE Trans. MTT-3 (1955) for the centred case; offset correction fitted to the committed solver in src/lib/pcb/__tests__/solver.
Cómo Funciona
La mayoría de los pares diferenciales no están centrados entre sus planos de referencia. Un par que se encuentra en una capa de señal interna suele tener un preimpregnado delgado en un plano y un núcleo más grueso en el otro, y esa asimetría reduce la impedancia más que la tolerancia que mantiene el fabricante.
La caja de compensación no tiene una forma cerrada exacta, por lo que esta calculadora está diseñada como una base exacta con una corrección en la parte superior. La base es la relación de acoplamiento centrada exacta que se aplica a la línea única desplazada; ambas son cantidades ya conocidas. Lo que falta en esa descomposición es una corrección residual, y esa corrección se ajustó a un solucionador de campos basado en el método de momentos bidimensional que utilizó junto con la calculadora.
La propiedad importante de la corrección es que desaparece de forma idéntica cuando las dos alturas dieléctricas son iguales. Esto significa que la reducción al caso simétrico exacto se logra por construcción y no por suerte: si se establece h¹ = h₂, esta calculadora devuelve la respuesta de la calculadora simétrica hasta el último dígito, no solo dentro de una tolerancia.
La compensación del par lo acerca a un plano, lo que eleva la capacitancia a ese plano y reduce la impedancia en todos los modos. El efecto no es sutil. Si un par pasa de un espacio centrado a un cuarto del plano, normalmente se reduce la impedancia diferencial entre un 10 y un 20%, por lo que tratar un par de offset como centrado es una forma habitual de que una placa de impedancia controlada no cumpla con las especificaciones.
El valor residual del modelo frente al solucionador es del 1,85% en el peor de los casos con una impedancia de modo y del 0,44% rms, en anchos de trazo de 0,05 a 0,8 del espaciado entre planos, espaciados de 0,05 a 1,0 y un espacio más cercano entre 0,125 y 0,5 del espaciado entre planos. Fuera de ese rango, el resultado se sigue devolviendo, pero se marca como extrapolado.
Ejemplo Resuelto
Tome un par de 0,13 mm con un espacio de 0,2 mm, situado 0,2 mm por encima del plano inferior y 0,5 mm por debajo del superior, 1 onza de cobre, FR4 a μr = 4,2.
La separación total de los planos es de 0,7 mm y la relación de compensación |h¹ − h₂ |/ (h¹ + h₂) es de 0,4286: el par se encuentra bien descentrado.
La traza única por sí sola en esa posición de compensación tiene una impedancia de 59,44 Ω. Con su compañera a 0,2 mm de distancia, los modos salen en:
Z_impar = 51,51 Ω, Z_par = 66,70 Ω Z_diff = 2 × 51,51 = 103,02 Ω Z_común = 66,70/2 = 33,35 Ω
Ahora la comparación que importa. Centre el mismo par entre los mismos planos (0,35 mm en cada lado) y la impedancia diferencial aumentará. La compensación cuesta la impedancia real y la cuesta en una dirección que un diseño de 100 Ω no puede absorber si ya estaba en el nivel más bajo de tolerancia.
El retardo de propagación es de 6,836 ps/mm, el mismo que el de cualquier línea de banda de este dieléctrico, porque el medio es homogéneo independientemente del lugar en el que se encuentren las trazas.
Consejos Prácticos
- ✓Ejecute primero el caso centrado como referencia y, a continuación, aplique el desfase real. La diferencia entre los dos es el número que se debe llevar a una revisión acumulativa.
- ✓Si el desfase es grande y el objetivo de impedancia es estrecho, pregunte si el par puede moverse a una capa más equilibrada antes de ajustar el ancho y el espaciado para compensar.
- ✓Comprueba el indicador de extrapolación antes de confiar en un número. Los huecos exteriores muy finos, en particular, quedan fuera del rango ajustado.
- ✓Un par de desfases también es asimétrico en su acoplamiento con los dos planos, por lo que las discontinuidades que hacen referencia a los planos son más importantes; mantenga una referencia continua en toda la ruta.
- ✓Cuando las dos alturas sean casi iguales, usa la calculadora simétrica; su respuesta es exacta en lugar de ajustada, por lo que no hay ningún residuo.
- ✓Compare la impedancia en modo impar con el valor de traza única para ver qué parte del resultado es acoplamiento y cuánto es colocación.
Errores Comunes
- ✗Promediar las dos alturas dieléctricas y usar la calculadora simétrica. La relación no es lineal en el desfase, por lo que el promedio da una respuesta incorrecta en la dirección que favorece el diseño.
- ✗Tomar las alturas del dibujo en lugar de tomarlas de la pila real del fabricante. El grosor del material preimpregnado después de la laminación no es el grosor de la hoja de datos, sino que es el valor construido el que establece la impedancia.
- ✗Ignorando qué avión está más cerca. El modelo es simétrico cuando se intercambian las dos alturas, por lo que solo importa el desfase, pero si se confunden las dos mientras se lee una pila, se obtiene un desfase totalmente incorrecto.
- ✗Tratar el indicador de extrapolación como algo cosmético. Fuera del rango validado, el modelo no tiene una precisión declarada, y un ajuste fuera de la geometría sobre la que se ajustó no es un cálculo, es una suposición.
- ✗Olvidando que el grosor del cobre se encuentra dentro de la distancia de plano a plano. Las alturas dieléctricas se miden desde las caras del cobre, no desde la línea central de la capa.
Preguntas Frecuentes
Herramientas de Simulación Avanzadas
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