Seu Stripline não está centrado (e tudo bem)

Ninguém constrói uma faixa estriada centralizada

Abra qualquer livro didático e uma faixa será desenhada com o traçado exatamente a meio caminho entre dois planos. Abra a pilha real do seu fabricante e ela quase nunca é.

O motivo é entediante: o núcleo e o pré-impregnado vêm em espessuras discretas. 0,1 mm, 0,2 mm, 0,36 mm — qualquer que seja o estoque do fornecedor. A menos que seu arranjo de camadas se divida uniformemente, a camada de sinal pousa mais perto de um plano do que do outro. Em uma placa de 8 camadas, é perfeitamente normal ficar a 0,2 mm de um plano e 0,6 mm do outro.

Essa é uma listraoffset, ou assimétrica. É o caso comum, não a exceção.

Quanto custa realmente a compensação

Menos do que as pessoas temem e de uma forma diferente do que elas esperam.

Faça um traço de 0,15 mm no FR4, 1 onça de cobre, 0,2 mm no plano próximo e 0,6 mm no plano distante. Centralizado na mesma cavidade de 0,835 mm, você obteria cerca de 65,5 Ω. Desvio conforme descrito: cerca de 58 Ω. Aproximadamente 11% menor.

Portanto, o deslocamento diminui a impedância. Isso faz sentido — o traçado está mais próximo de um plano, então a capacitância aumenta. E você conserta isso da maneira chata: ajuste a largura do traço. A largura é gratuita. A laminação personalizada não é. Nunca peça a um fabricante um pré-impregnado não padrão para recuperar uma pilha centralizada quando uma mudança de largura faz o mesmo trabalho.

O que realmente importa não é a mudança de impedância. É para onde vai a corrente.

A corrente de retorno escolhe o avião próximo

A corrente de retorno se divide entre os dois planos aproximadamente em proporção inversa à distância. Com um deslocamento de 3:1, algo como três quartos dele fluem no plano próximo.

Essa é a consequência prática e tende a piorar durante o teste de EMC, e não na revisão do projeto. Uma divisão, um vazio ou um denso aglomerado de antíalmofadas no planopróximo força o retorno a um desvio. Esse desvio é a área do loop e a área do loop é a emissão irradiada e a diafonia.

O mesmo defeito no avião distante mal é registrado.

Portanto, ao percorrer uma faixa de faixa deslocada, saiba qual avião está mais próximo e mantenha-o intacto durante toda a rota. Depois de uma assimetria de cerca de 5:1, você pode tratar o plano distante como decorativo para fins de integridade de sinal e projetar inteiramente em torno do plano próximo.

Por que a maioria das fórmulas de offset tem alta leitura

Aqui está a parte que achei interessante ao construir a calculadora.

A abordagem padrão é a superposição de Cohn. O traço vê duas meias-estruturas: uma delimitada pelo plano próximo e outra pelo plano distante. Espelhe cada metade em torno de seu próprio plano e você terá uma faixa simétrica comum, cuja capacitância é o dobro da metade de onde veio. As duas metades compartilham um condutor, então suas capacitâncias aumentam.

É elegante, cai exatamente na caixa simétrica quando $h_1 = h_2$ e direciona corretamente a impedância para zero quando qualquer lacuna se fecha. Todas boas propriedades.

Também é não exato, e o motivo é sutil. A superposição assume silenciosamente uma parede magnética situada no plano do traçado fora do traçado — o que significa que nenhum campo pode envolver a borda do traçado de uma metade à outra. Estruturas reais não têm essa parede. O campo se enrola.

Escreva a capacitância como uma peça de placa paralela mais uma franja:

A superposição sempre retorna $F = 8\ln 2/\pi$, a franja simétrica, não importa quão deslocado seja o traçado. A franja verdadeira cresce bruscamente à medida que o traço se aproxima de um plano. Essa única omissão é todo o erro.

Quão grande? Comparamos um solucionador de método de momentos baseado na função exata de Green de placa paralela — o tipo de referência que reproduz a linha de faixa centrada analítica em cerca de 0,0002%. A superposição simples atinge alguns por cento de altura em compensações típicas e atinge 14% quando o traço está muito próximo de um plano.

Se você já se perguntou por que uma placa recuou alguns ohms contra uma calculadora que parecia confiável, este é um candidato.

O limite de validade que as pessoas ignoram

A fórmula familiar de listras logarítmicas:

vem com uma condição anexada: ela se encaixa em uma faixa estreita, aproximadamente $W/(b-t) < 0.35$. Depois disso, o argumento do logaritmo cai em direção a 1 e a resposta se desfaz. Em $ W/b = 2$, ele subprevê em quase 80%.

Isso é importante para roteamentos amplos e de baixa impedância — distribuição de energia nas camadas internas, espinhos largos do relógio, qualquer coisa deliberadamente gorda. Muitas ferramentas aplicam a fórmula do registro em todos os lugares e fornecem um número que parece plausível e não é.

A solução é a solução exata de mapeamento conforme, que funciona em todas as larguras:

Sem ramificação, sem cruzamento, sem descontinuidade onde duas aproximações se encontram.

Verificações de sanidade para qualquer ferramenta de impedância

Eles levam trinta segundos e detectam insetos reais:

1. Defina as duas alturas como iguais. Um modelo correto retorna exatamente o valor da faixa centralizada. Não está perto — exatamente.
2. Empurre uma lacuna em direção a zero. A impedância deve cair em direção a zero, porque o condutor está se aproximando de um plano.
3. Varra a largura suave. A impedância deve cair monotonicamente, sem degraus. Um salto significa que a ferramenta trocou as fórmulas de médio alcance.

Encontramos uma implementação enviada que falhou nas duas primeiras: ela retornou 1,089× o valor simétrico em $h_1 = h_2$ e a impedância subiu* quando o traço se aproximava de um plano. Ambos são fisicamente impossíveis e nenhum deles é visível a menos que você vá olhar.

O que realmente fazer

• Obtenha a pilhaprensada de seu fabricante, não a folha de dados nominal. A espessura da pré-impregnação após a laminação depende da quantidade de cobre que ela precisa fluir.
• Compense o deslocamento com a largura do traço.
• Identifique o avião próximo e mantenha-o sólido sob a rota.
• Acima de um deslocamento de 3:1, espere um pouco mais de incerteza de qualquer modelo de formato fechado e obtenha uma solução de campo se a margem for pequena.

A calculadora de faixa assimétrica usa a forma elíptica exata com a correção de franja e mostra o valor centralizado ao lado dela para que você possa ver quanto custa o deslocamento.