Paires couplées latéralement : la moitié de la largeur, un risque important

Deux façons de créer une paire

La méthode par défaut est couplée aux bords : deux traces côte à côte sur la même couche. Broadside Couplé les empile à la place, l'un directement au-dessus de l'autre sur les couches adjacentes.

Le gain est la largeur. Une paire latérale occupe environ la moitié du canal de routage d'une paire à couplage périphérique avec un couplage similaire. Sur un tableau rigide et dense, vous pouvez dépenser de l'immobilier ailleurs. En cas de flexion, c'est souvent la seule option judicieuse, car le rayon de courbure et la largeur sont tous deux importants et les deux conducteurs se plient ensemble au lieu que l'un d'eux emprunte le chemin le plus long autour de l'extérieur d'une courbe.

Les mathématiques sont meilleures que vous ne le pensez

Une paire symétrique entraînée de manière différentielle possède une propriété utile : le plan situé exactement à mi-chemin entre les deux traces se situe à zéro volt. Pas approximativement, par symétrie.

Cette terre virtuelle est un mur électrique, qui transforme un problème compliqué à quatre conducteurs en deux problèmes indépendants sur une seule ligne. Chaque trace devient une stripline décalée : le sol virtuel à la moitié de la distance de séparation d'un côté, le plan réel de l'autre. Puis :

Ce qui est bien, c'est que ce n'est pas une approximation. En utilisant algébriquement la fonction de Green à deux bandes, le noyau en mode impair s'avère identique à celui d'une seule bande dans une cavité à mi-hauteur. Donc, si votre modèle de stripline à ligne unique est bon, votre impédance différentielle est bonne, gratuitement.

Le mode pair est la partie la plus difficile (mur magnétique au lieu d'électricité, pas d'identité équivalente) mais le mode pair ne compte que pour l'impédance en mode commun, qui est une préoccupation secondaire dans la plupart des conceptions.

Flexibilité non blindée : le mode commun n'a nulle part où aller

Sur un flex à deux couches sans plan de masse, le sol virtuel est la seule référence de la structure. Chaque trace devient une bande à la moitié de la distance au-dessus d'un plan de masse dans un diélectrique homogène, et les formes en microruban de Hammerstad s'appliquent directement avec le εr au lieu du εeff, car il n'y a pas de limite air/substrat sur laquelle se situer la moyenne.

L'impédance différentielle est bien définie et facile à atteindre.

Le mode commun ne l'est pas. Ce n'est pas petit, c'est indéfini. Le mode commun signifie que les deux conducteurs oscillent ensemble, ce qui nécessite un chemin de retour ailleurs dans le système, mais il n'y en a pas. Tout courant en mode commun capté par le câble n'a nulle part où aller, sauf dans l'espace libre.

C'est pourquoi la flexion latérale non blindée rayonne et pourquoi vous installez des bobines d'arrêt en mode commun aux deux extrémités. Pas comme une ceinture et des bretelles, mais comme véritable atténuation d'un mode, la géométrie ne peut pas s'arrêter.

L'épaisseur du cuivre compte ici plus que partout ailleurs

Cela vaut la peine d'être appelé car c'est facile à ignorer.

Sur une paire flexible typique avec 0,2 mm entre les couches, le sol virtuel se trouve à seulement 0,1 mm en dessous de chaque trace. Une once de cuivre correspond à 35 µm, soit trois de cette hauteur.

Ignorez l'épaisseur et vous surestimez l'impédance différentielle de plus de 10 %. En pratique, cela signifie dessiner un tracé de 0,18 mm alors que 0,15 mm était correct, ou croire que vous êtes à 100 Ω lorsque vous êtes à 89 Ω. Aucun des deux n'est assez subtil pour être masqué.

Toute calculatrice qui vous permet de saisir le poids du cuivre mais qui produit la même réponse ne l'utilise pas. Ça vaut le coup de vérifier dix secondes.

Le vrai risque : l'inscription

Voici ce qui ne va pas en production, et ce n'est pas l'impédance.

L'analyse complète ci-dessus suppose que les deux traces se situent carrément l'une au-dessus de l'autre. Chaque fabricant tient fermement la largeur de gravure, car c'est ce que mesurent les coupons d'impédance. L' enregistrement couche à couche est effectué de manière beaucoup plus souple : il s'agit d'un problème d'alignement mécanique sur une presse à laminer, et non d'une photolithographie.

Un décalage latéral rompt la symétrie dont dépend l'analyse. Et une symétrie brisée dans une paire différentielle signifie une conversion du mode différentiel en mode commun. Vous êtes en train de créer mécaniquement un convertisseur de mode.

Le mode commun est le mode qui rayonne et le mode qu'un récepteur différentiel ne peut pas rejeter. Ainsi, un problème d'enregistrement apparaît comme une panne EMC et un problème de gigue, et non comme un échec du coupon d'impédance. Le coupon passe. Le conseil d'administration ne le fait pas.

Que faire à ce sujet

• Demandez les spécifications d'enregistrement avant de choisir la largeur des traces. Pas la tolérance de gravure, mais le numéro de couche à couche.
• Dimensionnez les traces, de sorte que le décalage dans le pire des cas ne représente qu'une petite fraction de la largeur. Un décalage de 25 µm sur une trace de 0,15 mm correspond à une erreur de chevauchement de 17 %. Sur une trace de 0,3 mm, c'est 8 %. Des traces plus larges désensibilisent le design, et en mode flex, vous avez souvent de la place.
• Maintenez les transitions symétriques. Lorsque la paire sort de la géométrie empilée, maintenez les deux vias proches l'un de l'autre et en miroir. Une transition asymétrique est un autre convertisseur de mode, que vous contrôlez totalement.

Vérifications rapides des modèles

Si vous validez un outil ou vos propres calculs :

• L'impédance différentielle doit être exactement le double de l'impédance en mode impair. Pas approximativement.
• Le mode impair doit être inférieur à la valeur d'une seule ligne découplée ; le couplage l'abaisse.
• Le rapprochement des pistes doit réduire l'impédance différentielle. S'il monte, le modèle est cassé.
• L'impédance en mode commun sur une paire non blindée doit être signalée comme non définie, et non comme un nombre fini.

Le calculateur de paires à couplage large gère à la fois le boîtier blindé entre les plans et le boîtier flexible non blindé, et inclut l'effet d'épaisseur de cuivre qui permet de supprimer les formes simples.