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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.

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공식

Zdiff=2Zodd,Zcommon=12ZevenZ_{diff} = 2 Z_{odd},\qquad Z_{common} = \tfrac{1}{2} Z_{even}

참고: B. C. Wadell, "Transmission Line Design Handbook", Artech House 1991, §4.5 (broadside-coupled lines)

Z_diffDifferential impedance (Ω)
Z_oddOdd-mode impedance of one trace (Ω)
WTrace width (mm)
dVertical separation between traces (mm)
bPlane-to-plane spacing (mm)
h(b − d − 2t)/2, each trace to its nearer plane (mm)

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 d/2d/2에 있는 가상 지면이고 다른 한쪽은 h=(bd2t)/2h = (b - d - 2t) /2에 있는 실제 평면입니다.그러면 차동 임피던스는 다음의 두 배에 불과합니다.

Zdiff=2ZoddZ_ {diff} = 2 Z_ {odd}

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 d/2d/2 높이의 스트립이 되며, Hammerstad의 마이크로스트립 형태는 $\ varepsilon_ {r, eff} $ 대신  varepsilonr\ varepsilon_r와 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

배선 폭이 바인딩 제약인 경우 — 밀도가 높은 단단한 보드와 거의 모든 플렉스 회로.브로드사이드 페어는 동일한 커플링을 사용하는 에지 커플링 쌍의 너비의 약 절반을 차지하며, 구부러진 경우 두 컨덕터가 모두 벤드 주위에서 더 긴 경로를 취하지 않고 함께 구부러집니다.
레이어-투-레이어 등록.분석에서는 두 트레이스가 서로 정확히 위에 위치한다고 가정합니다. 횡방향으로 이동하면 이러한 대칭성이 깨지고 차동 신호가 공통 모드로 전환됩니다.정합 허용오차는 일반적으로 에칭 허용오차보다 훨씬 낮기 때문에 오차 범위를 압도합니다.
공통 모드에서는 두 컨덕터가 함께 흔들리므로 시스템의 다른 곳에 복귀 경로가 필요합니다.평면이 없으면 그러한 경로가 없기 때문에 임피던스는 0이 아니라 정의되지 않은 상태입니다.모든 공통 모드 전류는 근처에 있는 전류와 결합되어 방사됩니다.
차동 임피던스가 홀수 모드 값의 정확히 두 배이므로 50ohm 홀수 모드 임피던스를 목표로 합니다.그런 다음 사용 가능한 유전체로 설정된 수직 분리를 유지하면서 트레이스 폭을 조정하십시오. 트레이스가 넓을수록 임피던스가 낮아집니다.
예. 플렉스 어셈블리에서는 정확히 해당 인터페이스에서 흔히 발생합니다.일반적인 요구 사항은 목표 차동 임피던스에 도달하고, 두 트레이스를 정확하게 적층하고, 양쪽 끝에서 비아 전환을 대칭적으로 관리하는 것입니다.

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