エッジ結合型組み込みマイクロストリップ電卓
ソルダーマスク、コーティング、またはプリプレグの下で、エッジ結合ペアの差動インピーダンスとコモンモードインピーダンスを計算します。モードごとに個別の実効誘電率を設定して、カバーがもたらすスキューが見えるようにします。
公式
参考: 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%.
仕組み
外層の差動ペアがむき出しになることはめったにありません。その上にソルダーマスク、コンフォーマルコーティング、または積層プリプレグがあり、そのカバーは厚みが示す以上にインピーダンスを変化させます。これは、間隔の狭い2つのトレース間の電界が、カバーが置かれている場所に正確に集中するためです。
被覆された表面のペアがストリップラインのペアと異なるのは、誘電体が均一ではないということです。電界の一部は基板に、一部はカバーに、一部はまだ上空にあります。2 つのモードはそのフィールドを異なる方法で分割します。奇数モードはトレース間のギャップを通してフィールドを駆動し、偶数モードは横方向に広がります。そのため、2 つのモードでは実効誘電率が異なり、移動速度も異なります。
その速度の違いは現実のものであり、重要なことです。モードがそれぞれ異なる速度で移動するペアは、差動信号が伝播するにつれてコモンモードに変換され（モード変換スキュー）、長い被覆ペアがそれを蓄積します。ストリップライン・ペアは媒質が均一であるため、ストリップライン・ペアはそうではありません。
この計算機は幾何学と誘電体を分離します。エアモードのインピーダンスは、基板の高さに対する幅と間隔にのみ依存し、単線に対する比率でフィッティングされるため、非結合ペアでも単線の結果を正確に再現できます。その後、各モードには独自の実効誘電率が与えられます。この誘電率は、すでに基板内にあるエネルギーの割合に、カバーが取り込む残りのエネルギーの割合を加えたものです。
この構造には特筆すべき特性があります。カバーは基板にまだ存在しないエネルギーしか取り込むことができないため、実効誘電率は存在する最大の誘電率を超えることはありません。その境界は後からボルトで固定されたチェックではなく、構造によって成り立っているのです。このコードベースの以前のモデルがそうであったように、覆われたマイクロストリップモデルが、これに違反するのは、単に不正確であるだけでなく、存在し得ないものを記述しているのです。
ベアペアでは、偶数モードの方が誘電率が高くなります。これは、奇数モードがエアギャップを通して電界を駆動するためです。狭い隙間に厚いカバーをかぶせると、その順序が逆になります。奇数モードが最も強く作用する領域は空気ではなく誘電体になるからです。このモデルでは反転が再現されているのは、仮定ではなく階層化されたフィールドソルブに当てはめたからです。
計算例
0.2 mm FR4基板上に0.2 mmの間隔で0.2 mmペア（Δr = 4.2）、1 オンスの銅、δ3.5 で25 µm未満のソルダーマスクを使用します。
シングルトレース自体は、カバー付きで 64.13 Ω です。パートナーと一緒に:
Z_奇数 = 53.76 Ω、Z_偶数 = 73.82 Ω Z_diff = 2 × 53.76 = 107.52 Ω z_Common = 73.82/ 2 = 36.91 Ω
これで、均質モデルでは表示できない部分になります。この 2 つのモードでは実効誘電率が異なります。
εeff、奇数 = 3.122、δeff、偶数 = 3.472
これにより、伝搬遅延は奇数モードで 5.894 ps/mm、偶数モードで 6.215 ps/mm になります。つまり、モード間のスキューは 0.321 ps/mm です。100 mm 以上の経路では、差動モードからコモンモードへの変換が累積して 32 ps になります。そのため、計算ツールではこの値を表に残すのではなく、警告として出力しています。
カバーの誘電率を1.0に設定すると、計算機は裸面のペアを正確に返します。これは、マスクの実際のコストを確認するのに便利な方法です。
実践的なヒント
- ✓ジオメトリを 2 回実行します。1 回はカバー誘電体を 1.0、もう 1 回は実際の値で実行します。違いは、カバーの動作が他のすべてから切り離されている点です。
- ✓ペアが長い場合は、インピーダンスの前にある2つの伝搬遅延を見てください。スキューがルートの長さを大きく超えている場合は、インピーダンスよりも内側の層に移動する方が説得力があります。
- ✓厚いカバーは薄いカバーよりも予測しやすくなります。これは、カバーにフィールドが含まれると、厚さがそれ以上重要ではなくなるためです。薄いマスクは敏感な領域です。
- ✓設計がインピーダンスに重要で、ペアを表面に留めておく必要がある場合は、公称値を想定するのではなく、マスクの厚さを保持して報告するよう製造者に依頼してください。
- ✓トレースが異常に広い場合や間隔が狭いトレースを使用する場合は、検証範囲フラグを確認してください。
- ✓同じ電気ターゲットの内部対称計算機と比較してください。両方とも実行可能な場合は、埋め込みペアを使用することでスキューの問題が完全に解消されます。
よくある間違い
- ✗ソルダーマスクは薄いので無視します。25マイクロメートルのマスクは、奇数モード電界が最も強い場所に正確に配置され、差動インピーダンスを数オーム移動させます。
- ✗両方のモードに1つの有効誘電率を使用します。これによってスキューがなくなります。これが、覆われたサーフェスのペアと埋もれたサーフェスのペアが異なる主な理由です。
- ✗偶数モードの方が常に誘電率が高いと仮定します。ベアペアでは可能ですが、狭い隙間に厚いカバーを置くと、順序が逆になることがあります。
- ✗マスクの厚さを製造業者のデータシートの値とします。マスク・オーバー・ア・トレースの方が、ベアラミネートの上にマスク・オーバー・ア・トレースよりも薄く、ここで重要なのは銅線上の厚さです。
- ✗カバードペアとストリップラインペアは、長距離ルートでは交換可能なものとして扱います。モード変換スキューが蓄積されるのはそのうちの 1 つだけです。
よくある質問
高度なシミュレーションツール
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.
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