Calculadora de microfita embutida com acoplamento de bordas
Calcule a impedância diferencial e de modo comum para um par de arestas acopladas sob máscara de solda, revestimento ou pré-impregnação — com uma permissividade efetiva separada por modo, para que a inclinação introduzida pela tampa fique visível.
Fórmula
Referência: Filling factors fitted to the layered method-of-moments solver committed in src/lib/pcb/__tests__/solver, which reproduces Hammerstad–Jensen to 0.1% and the fully-embedded limit to 0.005%.
Como Funciona
Um par diferencial em uma camada externa raramente está vazio. A máscara de solda, o revestimento isolante ou um pré-impregnado laminado ficam sobre ela, e essa cobertura altera a impedância em mais do que sua espessura sugere, porque o campo entre dois traços bem espaçados está concentrado exatamente onde a tampa fica.
O que torna um par de superfícies cobertas diferente de um par listrado é que o dielétrico não é homogêneo. Parte do campo está no substrato, parte na cobertura e parte ainda no ar acima. Os dois modos dividem esse campo de forma diferente: o modo ímpar conduz seu campo pela lacuna entre os traços, enquanto o modo par se espalha lateralmente. Portanto, os dois modos têm diferentes permissividades efetivas e viajam em velocidades diferentes.
Essa diferença de velocidade é real e é importante. Um par cujos modos viajam em velocidades diferentes converte o sinal diferencial em modo comum à medida que ele se propaga — distorção de conversão de modo — e um par longo coberto o acumula. Um par de listras não, porque seu meio é uniforme.
Esta calculadora separa a geometria da dielétrica. As impedâncias do modo ar dependem apenas da largura e do espaçamento em relação à altura do substrato e são ajustadas como proporções para a linha única, portanto, um par desacoplado recupera exatamente o resultado da linha única. Cada modo então recebe sua própria permissividade efetiva, construída a partir da parcela de sua energia já no substrato mais a parcela do restante que a cobertura captura.
Essa construção tem uma propriedade que vale a pena mencionar: como a cobertura só pode capturar energia que ainda não está no substrato, a permissividade efetiva nunca pode exceder a maior permissividade presente. Esse limite não é um cheque aparafusado posteriormente - ele se mantém por construção. Um modelo de microfita coberta que o viola, como fez um modelo anterior nesta base de código, não é meramente impreciso; está descrevendo algo que não pode existir.
Em um par simples, o modo par carrega a maior permissividade, porque o modo ímpar conduz seu campo através de um espaço de ar. Coloque uma cobertura grossa sobre um espaço apertado e essa ordem poderá se inverter, já que a região em que o modo ímpar funciona mais agora é dielétrica em vez de ar. O modelo reproduz a inversão porque foi ajustado a uma resolução de campo em camadas em vez de assumida.
Exemplo Resolvido
Pegue um par de 0,2 mm com espaçamento de 0,2 mm sobre um substrato FR4 de 0,2 mm em ε r = 4,2, 1 oz de cobre, abaixo de 25 µm de máscara de solda em θrc = 3,5.
O traço único por si só, coberto, é 64,13 Ω. Com seu parceiro ao lado de:
Z_ímpar = 53,76 Ω, Z_par = 73,82 Ω Z_diff = 2 × 53,76 = 107,52 Ω Z_common = 73,82/2 = 36,91 Ω
Agora, a peça que um modelo homogêneo não pode mostrar. Os dois modos têm diferentes permissividades efetivas:
ε eff, ímpar = 3,122, ε eff, par = 3,472
que fornece atrasos de propagação de 5,894 ps/mm para o modo ímpar e 6,215 ps/mm para o modo par. Isso é 0,321 ps/mm de inclinação entre os modos. Em uma rota de 100 mm, ele acumula até 32 ps de conversão de modo diferencial para comum — e é por isso que a calculadora o emite como um aviso em vez de deixá-lo em uma tabela.
Defina a constante dielétrica da tampa para 1,0 e a calculadora retornará exatamente o par de superfícies nuas, o que é uma maneira útil de ver quanto a máscara está realmente custando.
Dicas Práticas
- ✓Execute a geometria duas vezes, uma vez com o dielétrico da tampa em 1,0 e outra em seu valor real. A diferença é o que a capa está fazendo, isolada de todo o resto.
- ✓Para um par longo, observe os dois atrasos de propagação antes das impedâncias. Se a inclinação for significativa ao longo da sua rota, esse é um argumento mais forte para se mover para uma camada interna do que a impedância.
- ✓Uma capa mais grossa é mais previsível do que uma fina, porque uma vez que a capa contém o campo, a espessura adicional deixa de importar. A máscara fina é a região sensível.
- ✓Se o projeto for crítico em termos de impedância e o par precisar permanecer na superfície, peça ao fabricante que segure e relate a espessura da máscara em vez de assumir um valor nominal.
- ✓Verifique o sinalizador de intervalo validado ao usar traços incomumente largos ou espaçados incomumente.
- ✓Compare com a calculadora simétrica interna para o mesmo alvo elétrico — se ambos forem viáveis, o par enterrado remove completamente a questão de distorção.
Erros Comuns
- ✗Ignorando a máscara de solda porque ela é fina. Vinte e cinco micrômetros de máscara ficam exatamente onde o campo do modo ímpar é mais forte e move a impedância diferencial em vários ohms.
- ✗Usando uma permissividade efetiva para os dois modos. Isso apaga a inclinação, que é a principal razão pela qual um par de superfícies cobertas se comporta de maneira diferente de um par enterrado.
- ✗Supondo que o modo par sempre tenha a maior permissividade. Funciona em um par vazio, mas uma cobertura grossa sobre uma abertura estreita pode inverter a ordem.
- ✗Tomando a espessura da máscara como o valor na folha de dados do fabricante. A máscara sobre um traço é mais fina do que a máscara sobre o laminado puro, e é a espessura sobre o cobre que importa aqui.
- ✗Tratar um par coberto e um par listrado como intercambiáveis para rotas longas. Apenas um deles acumula distorção de conversão de modo.
Perguntas Frequentes
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