브로드사이드 커플드 디퍼런셜 페어 계산기
차폐 (평면 간) 형상과 비차폐 형상 모두에 대해 광폭 결합 쌍 (인접한 레이어에 두 트레이스가 적층된) 의 차동 및 공통 모드 임피던스를 계산합니다.
공식
참고: B. C. Wadell, "Transmission Line Design Handbook", Artech House 1991, §4.5 (broadside-coupled lines)
작동 방식
브로드사이드 커플링 쌍은 차동 쌍의 두 반쪽을 같은 레이어에 나란히 놓지 않고 인접한 레이어에 적층합니다.이는 한 쌍이 소비하는 라우팅 폭을 절반으로 줄여주기 때문에 플렉스 회로 설계에서 우위를 점하고 밀도가 가장 높은 견고한 기판에서도 잘 드러납니다.
분석은 대칭이라는 한 가지 아이디어를 기반으로 합니다.대칭 쌍을 다르게 구동하면 두 트레이스 사이의 정확히 중간 평면을 대칭만으로 0볼트로 유지할 수 있습니다.이 가상 접지는 전기 벽과 같으며, 이는 어려운 4선 문제를 두 개의 독립적인 단일 선 문제로 바꿉니다.
차폐형 — 레퍼런스 플레인 사이
위쪽 평면과 아래쪽 평면을 사용할 때 홀수 모드의 각 트레이스는 오프셋 스트립라인입니다. 즉, 한쪽은 에 있는 가상 지면이고 다른 한쪽은 에 있는 실제 평면입니다.그러면 차동 임피던스는 다음의 두 배에 불과합니다.
짝수 모드는 전기 벽을 자기 벽으로 바꿉니다.어떤 필드도 미드플레인을 가로지르지 않으므로 각 트레이스는 자체 평면, 즉 임피던스가 미러링된 대칭선의 두 배인 하프 스트립라인만을 참조합니다.커먼 모드 임피던스는 그 절반입니다.
$Z_ {common} =\ tfrac {1} {2} Z_ {even} $$
비차폐 — 비행기는 전혀 없습니다
그라운드 플레인이 없는 2레이어 플렉스에서는 가상 그라운드가 구조의 유일 레퍼런스입니다.각 트레이스는 균일한 유전체의 지면 위에 높이의 스트립이 되며, Hammerstad의 마이크로스트립 형태는 $\ varepsilon_ {r, eff} $ 대신 와 직접 적용됩니다. 평균화할 공기-기질 경계가 없기 때문입니다.
이 지오메트리의 커먼 모드에는 복귀 경로가 전혀 없습니다.임피던스는 0이 아니며 정의되지 않았습니다.쌍이 수신한 공통 모드 전류는 빈 공간으로 나가는 것 외에는 다른 곳으로 갈 곳이 없습니다. 따라서 비차폐 브로드사이드 쌍은 효율적인 안테나이며 양쪽 끝에 공통 모드 초크가 필요합니다.
실제 설계 위험
임피던스가 아니라 등록입니다.차동 임피던스는 서로 똑바로 위에 있는 두 트레이스에 직접적으로 좌우되며, 제작업체에서는 에칭 폭을 유지하는 것보다 레이어 간 정합을 훨씬 더 느슨하게 유지합니다.측면 정렬 불일치로 인해 전체 분석의 기반이 되는 대칭성이 깨지고, 대칭이 깨지면 차동 신호가 공통 모드, 즉 방사 모드로 전환됩니다.
계산 예제
문제: 폴리이미드 플렉스 케이블 (er = 3.5) 은 기준 평면이 없는 브로드사이드 페어로 100ohm 디퍼런셜 페어를 전달합니다.구리는 1oz이고 레이어 사이의 유전율은 0.2mm입니다.트레이스 너비를 구하세요.
1단계 - 홀수 모드 타겟.Zdiff = 2*z_odd이므로 z_odd는 50옴입니다.
2단계 - 가상 그라운드는 d/2 = 0.1mm의 속도로 트레이스 사이의 중간에 위치합니다.각 트레이스는 동종 er = 3.5의 지표면 위 0.1mm 길이의 스트립입니다.
3단계 - 구리의 양을 고려하세요.d = 0.2mm에서 가상 지반은 트레이스 아래 0.1mm에 불과하므로 35um의 구리는 해당 높이의 3분의 1에 해당하므로 무시할 수 없습니다.함메르스타드의 교정을 통해 스트립의 폭이 넓어졌습니다. dW = (t/pi) (1 + ln (2시간/t)) = (0.035/pi) (1 + ln (0.2/0.035)) = 0.0306 밀리미터
4단계 - W = 0.15mm이므로 유효 너비는 0.1806mm이고 u = W_Eff/h = 1.806을 사용해 보십시오.와이드 스트립 함메르스타드 형식을 사용하세요. Z = (376.73/sqrt (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 옴 Zdiff = 101.1옴 - 기본적으로 목표 수준입니다.
5단계 - W = 0.15mm를 사용하세요.구리가 어떤 역할을 했는지 주목해 보세요. 두께를 무시하면 이 폭에서 111ohm이 예측되어 불필요하게 넓은 0.18mm의 트레이스 쪽으로 밀려날 수 있습니다.
6단계 - 등록 예산0.15mm 트레이스에서 25미크론 측면 이동은 17% 오버랩 오류입니다.적용하기 전에 플렉스 공급업체에 레이어 간 등록 사양을 문의하십시오. 트레이스 너비의 약 10% 보다 나쁘면 트레이스를 넓혀 설계의 민감도를 낮추십시오.
7단계 - 커먼 모드.레퍼런스 플레인이 없으므로 커먼 모드 임피던스가 정의되지 않고 불균형이 발생합니다.케이블 양쪽 끝에 커먼 모드 초크를 장착하십시오.
실용적인 팁
- ✓트레이스 너비를 선택하기 전에 제작자에게 레이어 간 등록 사양을 요청하고 최악의 경우 폭의 작은 부분이 되도록 트레이스의 크기를 조정하십시오.
- ✓굽힘 반경과 폭이 모두 중요하고 두 도체가 함께 구부러지는 플렉스의 경우 브로드사이드 쌍을 선택하는 것이 좋습니다.
- ✓비차폐 플렉스의 경우 양쪽 끝에 공통 모드 초크를 장착하십시오.지오메트리는 커먼 모드 리턴이 없기 때문에 어떤 불균형이 생기더라도 이를 발산합니다.
- ✓강한 결합을 원한다면 트레이스 분리를 기준 평면까지의 거리보다 작게 유지해야 합니다. 이렇게 하면 쌍이 외부 노이즈에 영향을 받지 않습니다.
- ✓모델 확인: 차동 임피던스는 홀수 모드 임피던스의 정확히 두 배여야 하고 홀수 모드는 비결합 단일선 값 아래에 있어야 합니다.
- ✓비아 전환으로 인해 스태킹이 중단되는 경우 두 비아를 최대한 가깝고 대칭으로 유지하십시오. 비대칭 전환은 모드 변환기입니다.
흔한 실수
- ✗레이어별 등록 허용 오차를 무시합니다.이는 브로드사이드 페어의 주요 오류 원인이며 일반적으로 에칭 허용 오차보다 훨씬 낮습니다. 즉, 쌍이 잘못 정렬되면 차동 신호가 방사 공통 모드로 전환됩니다.
- ✗비차폐 쌍에 공통 모드 임피던스가 존재한다고 가정합니다.레퍼런스 플레인이 없으면 커먼 모드 복귀 경로가 전혀 없습니다. 수량이 정의되지 않고 적지도 않습니다.
- ✗적층 쌍에 대한 모서리 결합 공식 사용.커플링 메커니즘은 완전히 다르며 숫자는 이전할 수 없습니다.
- ✗다른 경로가 무엇인지 확인하지 않고 이중 스트립라인의 두 레이어에 브로드사이드 페어를 배치합니다.페어의 위 또는 아래에서 달리는 모든 것이 공통 모드로 연결됩니다.
- ✗두 두께의 구리가 모두 평면 간격을 차지한다는 사실을 잊어버렸습니다.얇은 차폐형 스택업에서는 35미크론 구리를 두 겹으로 쌓아도 사용 가능한 높이의 상당 부분을 차지합니다.
자주 묻는 질문
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