ブロードサイド結合ペア：幅は半分、リスクは1つ

ペアを作る2つの方法

デフォルトはエッジ結合で、同じレイヤーに2つのトレースを並べて配置します。ブロードサイド結合では、代わりに隣接するレイヤー上で一方が他方の真上に積み重ねられます。

その見返りは幅です。ブロードサイドペアは、同様のカップリングを持つエッジカップリングペアのルーティングチャネルの約半分を占めます。高密度のリジッド基板上では、他の場所でも使えます。フレックスでは、曲げ半径と幅の両方が重要であり、一方が曲線の外側を長い経路で回るのではなく、2つの導体が一緒に曲がるため、これが唯一の賢明な選択肢であることが多いです。

数学は想像以上にうまい

差動駆動の対称ペアには便利な特性があります。それは、2つのトレースのちょうど中間にあるプレーンが0ボルトになるというものです。おおよそのものではなく、対称性によるものです。

その仮想接地は電気壁であり、これによって、厄介な 4 本の導体の問題が 2 つの独立した単線問題に変わります。各トレースはオフセットストリップラインになります。つまり、片側は半分の間隔で仮想グランド、もう片側は実際の平面です。そして、

良い点は、これが近似値ではないことです。2 つのストリップの Green 関数を代数的に処理すると、奇数モードのカーネルは、高さが半分の空洞にある 1 つのストリップのカーネルと「同じ」であることが分かります。したがって、単線ストリップラインモデルが良好であれば、差動インピーダンスも無料で良好になります。

偶数モードはより硬い半分（電気の壁ではなく磁石の壁で、等価な同一性はありません）ですが、偶数モードはコモンモードのインピーダンスにのみ影響します。これはほとんどの設計で二次的な懸念事項です。

シールドなしフレックス:コモン・モードには行き場がない

グランドプレーンのない 2 層構造のフレックスでは、構造内の基準となるのは仮想グラウンドだけです。各トレースは、均質な誘電体のグランドプレーンの半分の間隔でストリップになり、ハマースタッドのマイクロストリップ形式は εeff, の代わりに εr で直接適用されます。これは、平均値を超える空気と基板の境界がないためです。

差動インピーダンスは明確に定義されているので、簡単に測定できます。

コモンモードはそうではありません。決して小さくはありません。未定義です。コモン・モードとは、両方の導体が一緒にスイングすることを意味し、システム内のどこかにリターン・パスが必要ですが、リターン・パスはありません。ケーブルが吸収するコモン・モード電流は、空き領域に流れる以外には流れません。

これが、シールドされていないブロードサイドフレックスが放射し、両端にコモンモードチョークを取り付ける理由です。ベルトとブレースほどではありません。形状が終端できないモードの実際の緩和策です。

ここでは銅の厚さがどこよりも重要です

スキップしやすいので声をかける価値があります。

レイヤー間が0.2 mmの一般的なフレックスペアでは、仮想グラウンドは各トレースのわずか0.1 mm下にあります。1 オンスの銅は 35 µm で、その高さの 3 分の 3 分の 3 分の 1 です。

厚みを無視すると、差動インピーダンスを 10% 以上誇張することになります。実際には、0.15 mmが正しかったときに0.18 mmのトレースを設計するか、89 Ω. のときに100 Ω だと信じることになります。どちらも隠すには微妙ではありません。

銅の重量を入力できるけれども、それに関係なく同じ答えを出す計算ツールはどれも使っていません。10秒チェックする価値があります。

本当のリスク:登録

本番環境で実際に問題になるのは、インピーダンスではなく、次の点です。

上記の分析全体では、2 つのトレースが互いに真上に位置することを前提としています。どの製造業者も、エッチング幅はインピーダンスクーポンによって測定されるので、エッチング幅を厳密に把握しています。層間の位置合わせ**ははるかに緩く保たれます。これは、フォトリソグラフィの問題ではなく、ラミネートプレス全体の機械的な位置合わせの問題です。

横方向へのずれは、解析の基になる対称性を崩します。また、差動ペアの対称性が崩れると、差動モードからコモンモードへの変換が可能になります。つまり、機械的にはモードコンバータを構築していることになります。

コモン・モードは放射するモードで、差動レシーバでは除去できないモードです。したがって、レジストレーションの問題は、インピーダンスクーポンの故障ではなく、EMCの故障やジッターの問題として現れます。クーポンは合格です。ボードはそうではありません。

それについて何をすべきか

• トレース幅を選ぶ前にレジストレーション仕様を確認してください エッチング許容値ではなく、層ごとの数値です。
• 最悪の場合のシフトが幅のごく一部になるようにトレースのサイズを設定します。 0.15 mmのトレースで25 µmシフトすると、17% のオーバーラップ誤差になります。0.3 mm のトレースでは 8% です。トレースの幅が広いとデザインの感度が低下し、フレックスでは余裕があることがよくあります。
• ビアトランジションは左右対称に保ってください。 ペアが積み重ねた形状から外れた場合は、2つのビアを近づけてミラーリングしてください。非対称トランジションは別のモードコンバーターで、完全にコントロールできます。

クイックモデルチェック

ツールや独自の計算を検証する場合:

• 差動インピーダンスは奇数モードインピーダンスの*ちょうど2倍でなければなりません。おおよその値ではありません。
• 奇数モードは、結合されていない単線の値よりも低くなければなりません。結合するとその値が下がります。
• トレースをまとめると、差動インピーダンスを下げなければなりません。それが上がると、モデルは壊れます。
• シールドされていないペアのコモンモードインピーダンスは、有限の数としてではなく、未定義として報告されるべきです。