Diferencial via calculadora
Calcule a impedância diferencial e a perda de inserção para um par de vias, incluindo a ressonância do talão que domina uma transição de via muito antes da perda dielétrica e do condutor ser importante.
Fórmula
Referência: Two-wire and coaxial impedances are standard results; the stub loading follows from S₂₁ of a shunt admittance. A via transition is three-dimensional, so this is a screening model — see the linked full-wave tool.
Como Funciona
Uma transição de via é a parte menos controlada de um canal de impedância controlada. O traço é mantido em alguns por cento; a via é tudo o que a broca e o antibloco produzem. Essa calculadora fornece os dois números que decidem se isso importa: a impedância diferencial do par e a perda de inserção que ela custa em uma banda.
A impedância vem de um problema consistente decomposto em modos. Cada barril tem uma capacitância coaxial para seu próprio antipad, e os dois cilindros têm uma capacitância mútua entre si. O modo par coloca os dois cilindros no mesmo potencial, então a capacitância mútua não carrega carga e a impedância do modo par é simplesmente o valor coaxial isolado. O modo ímpar o carrega, então a impedância do modo ímpar é sempre menor. Essa ordenação é válida por construção e não por coincidência, e os dois modos convergem quando o tom se abre.
A perda é dominada por algo que não tem nada a ver com a própria resistência da via. Abaixo da camada de onde o sinal sai, o barril não carrega nenhum sinal, mas ainda está conectado — um talão de circuito aberto pendurado no caminho de passagem. Uma entrada de derivação em uma linha produz um entalhe de transmissão quando seu comprimento atinge um quarto do comprimento de onda e, para um talão em uma placa típica, isso ocorre em uma frequência bem abaixo de onde a perda dielétrica e condutora se torna interessante. A perda de condutor e dielétrica em 1,6 mm de barril chega a uma fração de decibel, mesmo a 20 GHz; o talão pode levar dezenas.
É por isso que existe o backdrilling. A remoção do talão remove o entalhe, e o que resta é a pequena perda que a própria via custa.
Vale a pena declarar um limite claramente. O termo mútuo pressupõe que os dois barris compartilham uma única abertura de folga, que é o que é um diferencial via par. Afaste-os mais do que o antibloco e o cobre plano fica entre eles, filtrando o acoplamento — a calculadora diz isso, em vez de fingir que o termo de dois fios ainda se aplica.
Este é um modelo de triagem agrupada, não uma solução de campo. Uma verdadeira transição de via inclui a capacitância da almofada, a ressonância da cavidade plana e a descontinuidade do lançamento, nenhuma das quais está aqui. Use-o para decidir se uma geometria merece uma simulação de onda completa e, em seguida, execute uma.
Exemplo Resolvido
Pegue um cano acabado de 0,25 mm, antialmofada de 0,9 mm, passo de 0,8 mm, em uma placa FR4 de 1,6 mm a θr = 4,2 com tan δ = 0,02. O sinal entra pela parte superior e sai a 0,4 mm de profundidade. Banda de interesse: 0,1 a 20 GHz.
Primeiro, impedância. A capacitância coaxial de um cilindro em seu antipad fornece uma impedância de modo uniforme de 37,48 Ω, que também é o que uma única via apresentaria sozinha. Adicionar a capacitância mútua ao modo ímpar a reduz para 22,05 Ω, então:
Z_diff = 2 × 22,05 = 44,10 Ω Z_common = 37,48/ 2 = 18,74 Ω
Esses 44 Ω são o objetivo do exercício. Um canal diferencial de 100 Ω passando por uma via de 44 Ω vê uma descontinuidade substancial e nenhuma quantidade de ajuste de rastreamento a corrige.
Agora, o esboço. O sinal sai a 0,4 mm em uma placa de 1,6 mm, deixando 1,2 mm de cilindro não utilizado. Sua ressonância de um quarto de onda chega a 30,48 GHz — acima da borda da banda de 20 GHz, então o entalhe em si está fora da banda, mas sua saia não.
Em 0,1 a 20 GHz, a pior perda de inserção é de 2,266 dB, no topo da banda. Desse total, a perda dielétrica através do cano contribui com 0,119 dB e a perda do condutor com 0,030 dB. Os ~ 2,1 dB restantes são o esboço. A perda de material da própria via está abaixo de um sexto de decibel; todo o resto é o pedaço de cobre que não está transmitindo sinal.
Defina a profundidade de saída para 1,6 mm — uma via totalmente perfurada para trás ou com saída inferior — e o talão desaparece junto com quase toda a perda.
Dicas Práticas
- ✓Compare a pior perda de inserção em banda com e sem o talão antes de decidir se o backdrilling vale a pena. Se a ressonância estiver muito acima da banda, talvez não esteja.
- ✓Mova a transição para uma camada mais profunda, se puder — ela encurta o esboço gratuitamente e move a ressonância para cima.
- ✓Observe a impedância diferencial ao lado da do traçado. A incompatibilidade, não o valor absoluto, é o que o canal vê.
- ✓O diâmetro do antipad é o botão de impedância mais eficaz aqui e aquele que seu fabricante está mais disposto a mudar.
- ✓Quando os antípedes se sobrepõem em uma única abertura oblonga, trate a figura do modo comum como otimista — a calculadora sinaliza isso.
- ✓Use a ferramenta vinculada de parâmetros S de onda completa para qualquer transição que esse modelo coloque perto de um limite.
Erros Comuns
- ✗Orçamento apenas por perda de condutor e perda dielétrica. Esses são os pequenos termos. O esboço é grande e é ressonante em vez de gradual.
- ✗Supondo que uma via seja eletricamente curta porque é fisicamente curta. Um talão de 1,2 mm no FR4 tem um quarto de comprimento de onda a 30 GHz, e seu efeito é sentido muito antes disso.
- ✗Tratar o diferencial via impedância o mais próximo possível da impedância de traço. Um par de vias normalmente está bem abaixo da metade da impedância diferencial do traço que ele interrompe.
- ✗Espaçar as vias para aumentar a impedância diferencial sem verificar se os antipads ainda se sobrepõem. Quando o cobre plano fica entre eles, o modelo não se aplica mais e a calculadora diz isso.
- ✗Ampliando o antipad sem limite. Ele aumenta a impedância em direção ao valor traçado, mas também remove o cobre plano, que é um problema próprio de caminho de retorno.
- ✗Tomando esse modelo como um substituto para uma simulação de onda completa em um canal que é genuinamente marginal.
Perguntas Frequentes
Ferramentas de Simulação Avançadas
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