Calculateur différentiel via
Calculez l'impédance différentielle et la perte d'insertion pour une paire de via, y compris la résonance tronquée qui domine une transition de via bien avant que les pertes de conducteur et de diélectrique ne soient importantes.
Formule
Référence: Two-wire and coaxial impedances are standard results; the stub loading follows from S₂₁ of a shunt admittance. A via transition is three-dimensional, so this is a screening model — see the linked full-wave tool.
Comment ça marche
Une transition via est la partie la moins contrôlée d'un canal à impédance autrement contrôlée. La trace est maintenue à quelques pour cent ; le via correspond à ce que la perceuse et l'antipad produisent. Ce calculateur donne les deux chiffres qui déterminent si c'est important : l'impédance différentielle de la paire et la perte d'insertion qu'elle coûte sur une bande.
L'impédance provient d'un problème constant décomposé en modes. Chaque barillet possède une capacité coaxiale par rapport à son propre antipad, et les deux barillets ont une capacité mutuelle l'un par rapport à l'autre. Le mode pair place les deux barillets au même potentiel, de sorte que la capacité mutuelle ne porte aucune charge et que l'impédance en mode pair est simplement la valeur coaxiale isolée. Le mode impair le charge, de sorte que l'impédance en mode impair est toujours plus faible. Cet ordre est maintenu par construction plutôt que par coïncidence, et les deux modes convergent à mesure que le terrain s'ouvre.
La perte est dominée par quelque chose qui n'a rien à voir avec la propre résistance du via. En dessous de la couche d'où sort le signal, le barillet ne transmet aucun signal mais est toujours connecté : un embout en circuit ouvert suspendu au chemin traversant. Un shunt d'admittance sur une ligne produit une encoche de transmission lorsque sa longueur atteint un quart de longueur d'onde, et pour un tronçon d'une carte classique, cela se produit à une fréquence bien inférieure à celle à laquelle les pertes conductrices et diélectriques deviennent intéressantes. La perte de conducteur et de diélectrique à travers 1,6 mm de barillet représente une fraction de décibel, même à 20 GHz ; le tronçon peut en supporter des dizaines.
C'est pourquoi le backdrilling existe. Le retrait du talon supprime l'encoche, et il ne reste que la petite perte que coûte le via lui-même.
Une limite mérite d'être clairement énoncée. Le terme mutuel suppose que les deux barils partagent une seule ouverture de dégagement, ce qu'est un différentiel par paire. Espacez-les plus loin que l'antipad et du cuivre plat les sépare, filtrant ainsi le couplage. C'est ce que dit le calculateur au lieu de prétendre que le terme à deux fils s'applique toujours.
Il s'agit d'un modèle de dépistage groupé et non d'une solution sur le terrain. Une véritable transition via inclut la capacité de la pastille, la résonance de la cavité plane et la discontinuité de lancement, mais rien de tout cela n'est présent. Utilisez-le pour décider si une géométrie mérite une simulation en onde complète, puis exécutez-en une.
Exemple Résolu
Prenez un canon fini de 0,25 mm, un antipad de 0,9 mm, un pas de 0,8 mm, dans une planche de 1,6 mm de FR4 à r = 4,2 avec tan δ = 0,02. Le signal entre par le haut et sort à 0,4 mm de profondeur. Bande d'intérêt : 0,1 à 20 GHz.
L'impédance d'abord. La capacité coaxiale d'un barillet par rapport à son antipad donne une impédance en mode pair de 37,48 Ω, ce que présenterait également un seul via. L'ajout de la capacité mutuelle au mode impair la ramène à 22,05 Ω, donc :
Z_diff = 2 × 22,05 = 44,10 ohms Z_commun = 37,48/2 = 18,74 Ω
Ce 44 Ω est le but de l'exercice. Un canal différentiel de 100 Ω passant par un via de 44 Ω présente une discontinuité importante, et aucun réglage de trace ne la corrige.
Maintenant, le talon. Le signal sort à 0,4 mm dans une carte de 1,6 mm, laissant 1,2 mm de barillet inutilisé. Sa résonance en quart d'onde se situe à 30,48 GHz, soit au-dessus de la limite de la bande de 20 GHz. L'encoche elle-même se trouve donc en dehors de la bande, mais pas sa jupe.
Entre 0,1 et 20 GHz, la perte d'insertion la plus importante est de 2,266 dB, en haut de la bande. De ce montant, la perte diélectrique à travers le barillet contribue à 0,119 dB et la perte de conducteur à 0,030 dB. Les ~2,1 dB restants correspondent au stub. La perte matérielle du via est inférieure à un sixième de décibel ; tout le reste est une pièce de cuivre qui ne transmet pas de signal.
Réglez la profondeur de sortie à 1,6 mm (via une via complètement repercée ou sortant par le bas) et le tronçon disparaîtra avec la quasi-totalité de la perte.
Conseils Pratiques
- ✓Comparez la pire perte d'insertion intra-bande avec et sans le talon avant de décider si le rétroperçage en vaut la peine. Si la résonance est bien supérieure à la bande, il se peut que ce ne soit pas le cas.
- ✓Déplacez la transition vers une couche plus profonde si possible. Cela raccourcit le tronçon gratuitement et augmente la résonance.
- ✓Regardez l'impédance différentielle à côté de celle de la trace. La non-concordance, et non la valeur absolue, est ce que voit la chaîne.
- ✓Le diamètre de l'antipad est le bouton d'impédance le plus efficace ici, et c'est celui que votre fabricant est le plus disposé à modifier.
- ✓Lorsque les anticoussinets se chevauchent pour former une seule ouverture oblongue, considérez la figure du mode commun comme optimiste : le calculateur le signale.
- ✓Utilisez l'outil Linked Full-Wave S-parameter pour toute transition que ce modèle place proche d'une limite.
Erreurs Fréquentes
- ✗Budgétisation basée uniquement sur les pertes dues aux conducteurs et aux pertes diélectriques. Ce sont les termes les plus simples. Le talon est le plus gros et il est résonant plutôt que progressif.
- ✗Supposons qu'un via est court électriquement parce qu'il est physiquement court. Un tronçon de 1,2 mm en FR4 correspond à un quart de longueur d'onde à 30 GHz, et son effet se fait sentir bien avant cela.
- ✗Traiter le différentiel par impédance comme étant proche de l'impédance de trace. Une paire via a généralement une impédance différentielle bien inférieure à la moitié de la trace qu'elle interrompt.
- ✗Espacez les vias pour augmenter l'impédance différentielle sans vérifier si les antipads se chevauchent toujours. Une fois que le cuivre plat les sépare, le modèle ne s'applique plus et le calculateur l'indique.
- ✗Agrandir l'antipad sans limite. Il augmente l'impédance vers la valeur de trace, mais il supprime également le cuivre plan, ce qui constitue en soi un problème de chemin de retour.
- ✗Remplacer ce modèle par une simulation en pleine onde sur un canal réellement marginal.
Foire Aux Questions
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