Pares com acoplamento lateral largo: metade da largura, um grande risco

Duas maneiras de construir um par

O acoplamento de bordas é o padrão: dois traços lado a lado na mesma camada. Em vez disso, o acoplamento largo os empilha — um diretamente acima do outro em camadas adjacentes.

A recompensa é a largura. Um par largo ocupa aproximadamente metade do canal de roteamento de um par acoplado de borda com acoplamento semelhante. Em uma placa rígida e densa, há imóveis que você pode gastar em outro lugar. Na flexão, geralmente é a única opção sensata, porque o raio e a largura da curvatura são importantes e os dois condutores se dobram juntos, em vez de um seguir o caminho mais longo ao redor da parte externa de uma curva.

A matemática é melhor do que você imagina

Um par simétrico acionado diferencialmente tem uma propriedade útil: o plano exatamente no meio do caminho entre os dois traços fica em zero volts. Não aproximadamente — por simetria.

Esse aterramento virtual é uma parede elétrica e transforma um problema confuso de quatro condutores em dois problemas independentes de linha única. Cada traço se torna uma faixa deslocada: terra virtual na metade da separação de um lado, o plano real do outro. Então:

O que é bom é que isso não é uma aproximação. Trabalhando a função de Green de duas faixas algebricamente, o kernel de modo ímpar acaba sendo idêntico ao de uma única faixa em uma cavidade de meia altura. Portanto, se seu modelo de listras de linha única for bom, sua impedância diferencial é boa, de graça.

O modo par é a metade mais difícil — parede magnética em vez de elétrica, sem identidade equivalente — mas o modo par só importa para a impedância do modo comum, que é uma preocupação secundária na maioria dos projetos.

Flexão não blindada: o modo comum não tem para onde ir

Em um flex de duas camadas sem planos de aterramento, o solo virtual é a referência*única* na estrutura. Cada traço se torna uma faixa na metade da separação acima de um plano de solo em um dielétrico homogêneo, e as formas de microfita de Hammerstad se aplicam diretamente com θr no lugar de ε eff, porque não há limite ar-substrato para calcular a média.

A impedância diferencial é bem definida e fácil de atingir.

O modo comum não é. Não é pequeno — éindefinido. O modo comum significa que os dois condutores oscilam juntos, o que precisa de um caminho de retorno em algum outro lugar do sistema, e não há um. Qualquer corrente de modo comum que o cabo capte não tem para onde ir, exceto para o espaço livre.

É por isso que a flexão lateral não blindada irradia e é por isso que você encaixa bobinas de modo comum nas duas extremidades. Não é como cintos e suportes — como a mitigação real de um modo que a geometria não pode terminar.

A espessura do cobre é mais importante aqui do que em qualquer lugar

Vale a pena mencionar porque é fácil pular.

Em um par flexível típico com 0,2 mm entre as camadas, o solo virtual fica a apenas 0,1 mm abaixo de cada traço. Uma onça de cobre equivale a 35 µm — um terço dessa altura.

Ignore a espessura e você exagera a impedância diferencial em mais de 10%. Na prática, isso significa projetar um traçado de 0,18 mm quando 0,15 mm estava certo ou acreditar que você está a 100 Ω quando está a 89 Ω. Nenhum deles é sutil o suficiente para se esconder.

Qualquer calculadora que permite inserir o peso do cobre, mas produz a mesma resposta de qualquer maneira, não a está usando. Vale uma verificação de dez segundos.

O risco real: registro

Aqui está o que realmente dá errado na produção, e não é a impedância.

Toda a análise acima pressupõe que os dois traços estão diretamente acima um do outro. Cada fabricante segura firmemente largura de gravação, porque é isso que os cupons de impedância medem. O registro de camada-a-camada** é realizado de forma muito mais flexível — é um problema de alinhamento mecânico em uma prensa de laminação, não de fotolitografia.

Uma mudança lateral quebra a simetria da qual a análise depende. E a quebra de simetria em um par diferencial significa conversão de modo diferencial para modo comum. Você está, mecanicamente, construindo um conversor de modos.

O modo comum é o modo que irradia e o modo que um receptor diferencial não pode rejeitar. Portanto, um problema de registro aparece como uma falha de EMC e um problema de instabilidade, não como um cupom de impedância com falha. O cupom é aprovado. A diretoria não.

O que fazer sobre isso

• Solicite a especificação de registro antes de escolher as larguras do traço. Não é a tolerância à corrosão — o número de camada a camada.
• Dimensione os traços para que o pior desvio seja uma pequena fração da largura. Um deslocamento de 25 µm em um traçado de 0,15 mm é um erro de sobreposição de 17%. Em um traço de 0,3 mm, é 8%. Traços mais largos dessensibilizam o design e, no flex, você geralmente tem espaço.
• Mantenha as transições simétricas. Quando o par sair da geometria empilhada, mantenha as duas vias próximas uma da outra e espelhadas. Uma transição assimétrica é outro conversor de modo e você controla completamente.

Verificações rápidas de modelos

Se você estiver validando uma ferramenta ou sua própria matemática:

• A impedância diferencial deve ser exatamente o dobro da impedância do modo ímpar. Não aproximadamente.
• O modo ímpar deve estar abaixo do valor de linha única desacoplada — o acoplamento o reduz.
• Reunir os traços deve reduzir a impedância diferencial. Se subir, o modelo está quebrado.
• A impedância de modo comum em um par não blindado deve ser relatada como indefinida, não como um número finito.

A calculadora de pares largos acoplados manipula tanto a caixa blindada entre os planos quanto a caixa flexível não blindada e inclui o efeito de espessura de cobre que as formas simples eliminam.