Calculateur de microruban intégré à couplage périphérique
Calculez l'impédance différentielle et en mode commun pour une paire couplée aux bords sous masque de soudure, revêtement ou préimprégné, avec une permittivité effective distincte par mode, de sorte que l'inclinaison introduite par le couvercle soit visible.
Formule
Référence: 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%.
Comment ça marche
Une paire différentielle sur une couche externe est rarement nue. Un masque de soudure, un revêtement conforme ou un préimprégné stratifié est posé dessus, et ce couvercle modifie l'impédance d'une manière plus importante que ne le suggère son épaisseur, car le champ entre deux traces rapprochées est concentré exactement là où se trouve le couvercle.
Ce qui différencie une paire de surfaces couvertes d'une paire stripline, c'est que le diélectrique n'est pas homogène. Une partie du champ se trouve dans le substrat, une partie dans le couvercle et une partie encore dans l'air au-dessus. Les deux modes divisent ce champ différemment : le mode impair fait passer son champ à travers l'espace entre les traces, tandis que le mode pair s'étend latéralement. Les deux modes présentent donc des permittivités effectives différentes et se déplacent à des vitesses différentes.
Cette différence de vitesse est réelle et elle est importante. Une paire dont les modes se déplacent à des vitesses différentes convertit le signal différentiel en mode commun au fur et à mesure de sa propagation (biais de conversion de mode) et une longue paire couverte l'accumule. Une paire stripline ne le fait pas, car son support est uniforme.
Ce calculateur sépare la géométrie du diélectrique. Les impédances du mode air dépendent uniquement de la largeur et de l'espacement par rapport à la hauteur du substrat, et sont ajustées sous forme de rapports par rapport à la ligne unique, de sorte qu'une paire découplée récupère exactement le résultat d'une seule ligne. Chaque mode reçoit alors sa propre permittivité effective, construite à partir de la part de son énergie déjà présente dans le substrat et de la part du reste captée par le couvercle.
Cette construction présente une propriété qui mérite d'être soulignée : le couvercle ne pouvant capter que l'énergie qui n'est pas déjà présente dans le substrat, la permittivité effective ne peut jamais dépasser la plus grande permittivité présente. Cette reliure n'est pas un chèque boulonné par la suite, elle tient debout par construction. Un modèle de microruban recouvert qui le viole, comme le faisait un modèle précédent de cette base de code, n'est pas simplement inexact ; il décrit quelque chose qui ne peut pas exister.
Sur une paire nue, le mode pair présente la permittivité la plus élevée, car le mode impair fait passer son champ à travers un entrefer. Placez une couverture épaisse sur un espace restreint et cet ordre peut être inversé, car la région dans laquelle le mode impair fonctionne le plus est désormais le diélectrique plutôt que l'air. Le modèle reproduit l'inversion car il a été ajusté à une résolution de champ en couches plutôt que supposé.
Exemple Résolu
Prenez une paire de 0,2 mm sur un espacement de 0,2 mm sur un substrat FR4 de 0,2 mm à r = 4,2, 1 oz de cuivre, sous 25 µm de masque de soudure à rc = 3,5.
La trace unique à elle seule, recouverte, est de 64,13 Ω. Avec son partenaire aux côtés de :
Z_impair = 53,76 Ω, Z_pair = 73,82 Ω Z_diff = 2 × 53,76 = 107,52 Ω Z_commun = 73,82/2 = 36,91 Ω
Maintenant, la partie qu'un modèle homogène ne peut pas montrer. Les deux modes présentent des permittivités effectives différentes :
eff, impair = 3,122, eff, pair = 3,472
ce qui donne des délais de propagation de 5,894 ps/mm pour le mode impair et de 6,215 ps/mm pour le mode pair. Cela représente 0,321 ps/mm de biais entre les modes. Sur un parcours de 100 mm, il accumule jusqu'à 32 ps de conversion en mode différentiel en mode commun. C'est pourquoi le calculateur l'affiche comme un avertissement plutôt que de le laisser dans un tableau.
Réglez la constante diélectrique de la couverture sur 1,0 et le calculateur renvoie exactement la paire de surfaces nues, ce qui est un moyen utile de voir le coût réel du masque.
Conseils Pratiques
- ✓Exécutez la géométrie deux fois, une fois avec le diélectrique de couverture à 1,0 et une fois à sa valeur réelle. La différence réside dans ce que fait la couverture, isolée de tout le reste.
- ✓Pour une paire longue, examinez les deux délais de propagation avant les impédances. Si l'inclinaison est importante par rapport à la longueur de votre itinéraire, c'est un argument plus convaincant en faveur du déplacement vers une couche interne que ne l'est l'impédance.
- ✓Une couverture plus épaisse est plus prévisible qu'une couverture mince, car une fois que la couverture contient le champ, l'épaisseur supplémentaire cesse d'avoir de l'importance. Le masque fin est la région sensible.
- ✓Si la conception est critique en termes d'impédance et que la paire doit rester en surface, demandez au fabricant de tenir et de signaler l'épaisseur du masque plutôt que de supposer un chiffre nominal.
- ✓Vérifiez l'indicateur de plage validée lorsque vous utilisez des traces exceptionnellement larges ou inhabituellement espacées.
- ✓Comparez avec le calculateur symétrique interne pour la même cible électrique : si les deux sont viables, la paire enterrée supprime complètement la question d'asymétrie.
Erreurs Fréquentes
- ✗Ignorer le masque de soudure car il est fin. Un masque de 25 micromètres se trouve exactement là où le champ en mode impair est le plus fort, et il déplace l'impédance différentielle de plusieurs ohms.
- ✗Utilisation d'une seule permittivité effective pour les deux modes. Cela efface l'inclinaison, qui est la principale raison pour laquelle une paire de surfaces couvertes se comporte différemment d'une paire enterrée.
- ✗En supposant que le mode pair présente toujours la permittivité la plus élevée. C'est le cas sur une paire nue, mais une couverture épaisse recouvrant un espace restreint peut inverser l'ordre.
- ✗En prenant l'épaisseur du masque comme valeur dans la fiche technique du fabricant. Le masque sur une trace est plus fin que le masque sur un laminé nu, et c'est l'épaisseur au-dessus du cuivre qui compte ici.
- ✗Traiter une paire couverte et une paire stripline comme interchangeables pour les longs trajets. Un seul d'entre eux accumule un biais de conversion de mode.
Foire Aux Questions
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