Calculadora de pares diferenciais acoplados de lado largo
Calcule a impedância diferencial e de modo comum para um par com acoplamento lateral largo — dois traços empilhados em camadas adjacentes — para geometrias blindadas (entre planos) e não blindadas.
Fórmula
Referência: B. C. Wadell, "Transmission Line Design Handbook", Artech House 1991, §4.5 (broadside-coupled lines)
Como Funciona
Um par com acoplamento lateral largo empilha as duas metades de um par diferencial em camadas adjacentes, uma diretamente acima da outra, em vez de lado a lado na mesma camada. Ele reduz pela metade a largura de roteamento que um par consome, e é por isso que domina o design de circuitos flexíveis e aparece nas placas rígidas mais densas.
A análise se baseia em uma ideia: simetria. Dirija um par simétrico diferencialmente e o plano exatamente no meio do caminho entre os dois traços é mantido em zero volts apenas pela simetria. Esse aterramento virtual é uma parede elétrica e transforma um problema rígido de quatro condutores em dois problemas independentes de linha única.
Blindado — entre planos de referência
Com planos acima e abaixo, cada traçado no modo ímpar é uma faixa deslocada: um solo virtual em $ d/2 $ de um lado, o plano real em $ h = (b - d - 2t) /2 $ no outro. A impedância diferencial é então simplesmente o dobro disso:
O modo uniforme troca a parede elétrica por uma parede magnética. Nenhum campo cruza o plano médio, então cada traçado é referenciado apenas ao seu próprio plano — uma linha de meia faixa, cuja impedância é o dobro da linha simétrica espelhada. A impedância de modo comum é metade disso:
Sem blindagem — nenhum avião
Em um flex de duas camadas sem planos de solo, o solo virtual é a referênciaúnica na estrutura. Cada traço se torna uma faixa na altura sobre um plano de solo em um dielétrico homogêneo, e as formas de microfita de Hammerstad se aplicam diretamente com no lugar de $\ varepsilon_ {r, eff} $ porque não há limite ar-substrato para calcular a média.
O modo comum nessa geometria não tem nenhum caminho de retorno. Sua impedância não é zero — é indefinida. Qualquer corrente de modo comum que o par capte não tem para onde ir, exceto para o espaço livre, e é por isso que os pares largos não blindados são antenas eficientes e precisam de bobinas de modo comum nas duas extremidades.
O risco real do design
Não é impedância, é registro. A impedância diferencial depende diretamente dos dois traços situados um acima do outro, e os fabricantes mantêm o registro de camada a camada com muito mais folga do que mantêm a largura de corrosão. O desalinhamento lateral quebra a simetria da qual toda a análise depende, e a simetria quebrada converte o sinal diferencial em modo comum — precisamente o modo que irradia.
Exemplo Resolvido
Problema: Um cabo flexível de poliimida (er = 3,5) carrega um par diferencial de 100 ohms como um par lateral sem planos de referência. O cobre é de 1 onça, o dielétrico entre as camadas é de 0,2 mm. Encontre a largura do traço.
Etapa 1 - Alvo em modo ímpar. Zdiff = 2*Z_odd, então Z_odd = 50 ohm.
Etapa 2 - O solo virtual fica a meio caminho entre os traços, em d/2 = 0,1 mm. Cada traço é uma faixa 0,1 mm acima do plano do solo em er homogêneo = 3,5.
Etapa 3 - Considere o cobre. Em d = 0,2 mm, o solo virtual fica apenas 0,1 mm abaixo do traço, então 35 um de cobre é um terço dessa altura e não pode ser ignorado. A correção de Hammerstad amplia a faixa: dW = (t/pi) (1 + ln (2h/t)) = (0,035/pi) (1 + ln (0,2/0,035)) = 0,0306 mm
Etapa 4 - Experimente W = 0,15 mm, para que a largura efetiva seja 0,1806 mm e u = W_EFF/h = 1,806. Use o formulário Hammerstad de faixa larga: 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 ohm Zdiff = 101,1 ohm - essencialmente no alvo.
Etapa 5 - Use W = 0,15 mm. Observe o que o cobre fez: ignorar a espessura teria previsto 111 ohms nessa largura e empurrado você em direção a um traço desnecessariamente largo de 0,18 mm.
Etapa 6 - Orçamento de inscrição. Um deslocamento lateral de 25 mícrons em um traçado de 0,15 mm é um erro de sobreposição de 17%. Peça ao fornecedor do flex suas especificações de registro de camada a camada antes de se comprometer; se for pior do que cerca de 10% da largura do traçado, amplie os traços para dessensibilizar o design.
Etapa 7 - Modo comum. Não há plano de referência, então a impedância do modo comum é indefinida e qualquer desequilíbrio irradia. Coloque um bloqueador de modo comum em cada extremidade do cabo.
Dicas Práticas
- ✓Peça ao fabricante a especificação de registro de camada a camada antes de escolher as larguras dos traços e dimensione os traços para que a pior das hipóteses seja uma pequena fração da largura.
- ✓Os pares largos são a escolha natural em flexão, onde o raio e a largura de curvatura são importantes e os dois condutores se dobram juntos.
- ✓No flex não blindado, encaixe bobinas de modo comum nas duas extremidades. A geometria não tem retorno no modo comum e irradiará qualquer desequilíbrio detectado.
- ✓Mantenha a separação de traços menor do que a distância até os planos de referência se quiser um acoplamento forte — é isso que torna o par imune a ruídos externos.
- ✓Verifique o modelo: a impedância diferencial deve ser exatamente o dobro da impedância do modo ímpar e o modo ímpar deve estar abaixo do valor de linha única desacoplada.
- ✓Quando uma transição de via interrompe o empilhamento, mantenha as duas vias o mais próximas e simétricas possível — uma transição assimétrica é um conversor de modo.
Erros Comuns
- ✗Ignorando a tolerância de registro de camada a camada. É a fonte de erro dominante para pares largos e normalmente é muito mais flexível do que a tolerância à corrosão — um par desalinhado converte o sinal diferencial em modo comum de radiação.
- ✗Supondo que exista impedância de modo comum em um par não blindado. Sem plano de referência, não há nenhum caminho de retorno no modo comum; a quantidade é indefinida, não é pequena.
- ✗Usando fórmulas com arestas acopladas para um par empilhado. O mecanismo de acoplamento é completamente diferente e os números não são transferíveis.
- ✗Colocar um par largo nas duas camadas de uma faixa dupla sem verificar quais outras rotas até lá. Qualquer coisa acima ou abaixo do par é acoplada no modo comum.
- ✗Esquecendo que ambas as espessuras de cobre consomem o espaçamento do plano. Em uma fina pilha blindada, duas camadas de cobre de 35 mícrons são uma fração significativa da altura disponível.
Perguntas Frequentes
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