Calculateur de paires différentielles à couplage large
Calculez l'impédance différentielle et en mode commun pour une paire couplée sur le côté large (deux traces empilées sur des couches adjacentes) pour les géométries blindées (entre les plans) et non blindées.
Formule
Référence: B. C. Wadell, "Transmission Line Design Handbook", Artech House 1991, §4.5 (broadside-coupled lines)
Comment ça marche
Une paire couplée latéralement empile les deux moitiés d'une paire différentielle sur des couches adjacentes, l'une directement au-dessus de l'autre, au lieu d'être côte à côte sur la même couche. Il réduit de moitié la largeur de routage consommée par une paire. C'est pourquoi il domine la conception des circuits flexibles et apparaît sur les cartes rigides les plus denses.
L'analyse repose sur une idée : la symétrie. Conduisez une paire symétrique de manière différentielle et le plan situé exactement à mi-chemin entre les deux traces est maintenu à zéro volt par la seule symétrie. Cette terre virtuelle est un mur électrique, qui transforme un problème difficile à quatre conducteurs en deux problèmes indépendants sur une seule ligne.
Blindé — entre les plans de référence
Avec des plans au-dessus et en dessous, chaque trace en mode impair est une stripline décalée : un sol virtuel à d'un côté, le plan réel à de l'autre. L'impédance différentielle est alors simplement le double de celle :
Le mode Even remplace le mur électrique par un mur magnétique. Aucun champ ne traverse le plan médian, de sorte que chaque trace n'est référencée qu'à son propre plan, une demi-stripline, dont l'impédance est le double de la ligne symétrique en miroir. L'impédance en mode commun est la moitié de celle-ci :
Non blindé : pas d'avions du tout
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 une hauteur au-dessus d'un plan de masse dans un diélectrique homogène, et les formes de microruban de Hammerstad s'appliquent directement avec $ \ varepsilon_r$ à la place de $ \ varepsilon_ {r, eff} $ car il n'y a pas de limite air/substrat sur laquelle faire la moyenne.
Le mode commun de cette géométrie n'a aucun chemin de retour. Son impédance n'est pas nulle, elle n'est pas définie. Tout courant en mode commun capté par la paire n'a nulle part où aller, sauf dans l'espace libre. C'est pourquoi les paires broadside non blindées sont des antennes efficaces et nécessitent des bobines d'arrêt en mode commun aux deux extrémités.
Le véritable risque de conception
Ce n'est pas de l'impédance, c'est de l' enregistrement. L'impédance différentielle dépend directement du fait que les deux traces se situent carrément l'une au-dessus de l'autre, et les fabricants maintiennent l'enregistrement couche par couche de manière beaucoup plus souple que la largeur de gravure. Le désalignement latéral rompt la symétrie dont dépend l'ensemble de l'analyse, et la symétrie rompue convertit le signal différentiel en mode commun, précisément le mode qui rayonne.
Exemple Résolu
Problème : Un câble flexible en polyimide (er = 3,5) transporte une paire différentielle de 100 ohms sous la forme d'une paire latérale sans plan de référence. Le cuivre est de 1 oz, le diélectrique entre les couches est de 0,2 mm. Trouvez la largeur du tracé.
Étape 1 - Cible en mode impair. Zdiff = 2*Z_ODD, donc Z_ODD = 50 ohms.
Étape 2 - Le sol virtuel se situe à mi-chemin entre les traces, à d/2 = 0,1 mm. Chaque trace est une bande à 0,1 mm au-dessus d'un plan de sol en er homogène = 3,5.
Étape 3 - Tenez compte du cuivre. À d = 0,2 mm, le sol virtuel se trouve à seulement 0,1 mm en dessous de la trace, donc 35 µm de cuivre correspondent au tiers de cette hauteur et ne peuvent être ignorés. La correction de Hammerstad élargit la bande : dW = (t/pi) (1 + ln (2 h/t)) = (0,035/pi) (1 + ln (0,2/0,035)) = 0,0306 mm
Étape 4 - Essayez W = 0,15 mm, de sorte que la largeur effective soit de 0,1806 mm et u = W_eff/h = 1,806. Utilisez le formulaire Hammerstad à bande large : A = (376,73/mètre carré (3,5))/(1,806 + 1,393 + 0,667*ln (1,806 + 1,444)) = 201,4/(1,806 + 1,393 + 0,786) = 201,4/3,985 = 50,5 ohms Zdiff = 101,1 ohms - essentiellement conforme à la cible.
Étape 5 - Utilisez W = 0,15 mm. Notez ce que le cuivre a fait : ignorer l'épaisseur aurait prédit 111 ohms à cette largeur et vous aurait poussé vers une trace inutilement large de 0,18 mm.
Étape 6 - Budget d'inscription. Un décalage latéral de 25 microns sur une trace de 0,15 mm correspond à une erreur de chevauchement de 17 %. Demandez au fournisseur de solutions flexibles ses spécifications d'enregistrement couche par couche avant de vous engager ; si la valeur est inférieure à environ 10 % de la largeur de la trace, élargissez les traces pour désensibiliser le dessin.
Étape 7 - Mode commun. Il n'y a pas de plan de référence, donc l'impédance en mode commun n'est pas définie et tout déséquilibre rayonne. Installez un starter en mode commun à chaque extrémité du câble.
Conseils Pratiques
- ✓Demandez à votre fabricant les spécifications d'enregistrement couche par couche avant de choisir la largeur des traces, et dimensionnez les traces de manière à ce que le décalage dans le pire des cas ne corresponde qu'à une petite fraction de la largeur.
- ✓Les paires Broadside constituent le choix naturel en matière de flexion, où le rayon de courbure et la largeur sont tous deux importants et où les deux conducteurs se plient ensemble.
- ✓En cas de flexion non blindée, placez des bobines d'arrêt en mode commun aux deux extrémités. La géométrie n'a pas de retour en mode commun et rayonnera quel que soit le déséquilibre qu'elle détectera.
- ✓Gardez la séparation des traces inférieure à la distance par rapport aux plans de référence si vous souhaitez un couplage fort. C'est ce qui rend la paire insensible aux bruits extérieurs.
- ✓Vérifiez le modèle : l'impédance différentielle doit être exactement le double de l'impédance du mode impair, et le mode impair doit être inférieur à la valeur d'une seule ligne découplée.
- ✓Lorsqu'une transition de via rompt l'empilement, maintenez les deux vias aussi proches l'un de l'autre et aussi symétriques que possible. Une transition asymétrique est un convertisseur de mode.
Erreurs Fréquentes
- ✗Ignorer la tolérance d'enregistrement couche par couche. Il s'agit de la principale source d'erreur pour les paires broadside et elle est généralement bien inférieure à la tolérance de gravure : une paire mal alignée convertit le signal différentiel en mode commun rayonnant.
- ✗En supposant qu'une impédance en mode commun existe sur une paire non blindée. En l'absence de plan de référence, il n'y a aucun chemin de retour en mode commun ; la quantité n'est pas définie, pas petite.
- ✗Utilisation de formules couplées par arêtes pour une paire empilée. Le mécanisme de couplage est complètement différent et les numéros ne sont pas transférables.
- ✗Placer une paire bordée sur les deux couches d'une double bande sans vérifier quels autres itinéraires s'y trouvent. Tout ce qui se trouve au-dessus ou en dessous de la paire est couplé en mode commun.
- ✗Oubliant que les deux épaisseurs de cuivre empiètent sur l'espacement des plans. Sur un mince empilement blindé, deux couches de cuivre de 35 microns représentent une fraction significative de la hauteur disponible.
Foire Aux Questions
Outils de Simulation Avancés
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.
Eye Diagram from S-Parameters
Upload a Touchstone (.s2p) file and generate a PRBS-15 eye diagram. Extracts insertion loss, group delay, and impedance profile, then renders the eye with jitter and ISI.
Shop Components
As an Amazon Associate we earn from qualifying purchases.
Calculateurs associés
PCB
Paire différentielle
Calculez Zdiff et Zcommon pour les paires de microruban couplées aux bords. Concevez des paires différentielles USB, HDMI et Ethernet avec une impédance en mode pair et impair. Résultats instantanés et gratuits.
PCB
Stripline asymétrique
Calculez l'impédance caractéristique d'un stripline décalé (asymétrique) où la trace est située plus près d'un plan de référence que de l'autre. Comparaison avec le boîtier central.
PCB
Double Stripline
Calculez l'impédance pour les deux couches de signal d'une double bande (deux couches de routage partageant une paire de plans), plus la pénalité de diaphonie latérale lorsque les traces se chevauchent.
PCB
Contrôlé Z
Calculez l'impédance caractéristique des traces de microruban de surface, de microruban intégré et de PCB stripline. Obtenez Z0, Er effectif et largeur de trace cible. Résultats instantanés et gratuits.