Calculadora de listras assimétricas (offset) acopladas a bordas
Calcule a impedância diferencial e de modo comum para um par acoplado a arestas situado fora do centro entre dois planos de referência — o caso usual em um empilhamento assimétrico.
Fórmula
Referência: S. B. Cohn, IRE Trans. MTT-3 (1955) for the centred case; offset correction fitted to the committed solver in src/lib/pcb/__tests__/solver.
Como Funciona
A maioria dos pares diferenciais não está centralizada entre seus planos de referência. Um par em uma camada interna de sinal geralmente tem um pré-impregnado fino em um plano e um núcleo mais espesso no outro, e essa assimetria move a impedância em mais do que a tolerância que o fabricante está mantendo.
A caixa de deslocamento não tem uma forma fechada exata, então esta calculadora é construída como uma base exata com uma correção na parte superior. A base é a razão exata de acoplamento centralizado aplicada à linha única de deslocamento — ambas com quantidades já conhecidas. O que essa decomposição perde é uma correção residual, e essa correção foi ajustada a um solucionador de campo bidimensional de método de momentos comprometido junto com a calculadora.
A propriedade importante da correção é que ela desaparece de forma idêntica quando as duas alturas dielétricas são iguais. Isso significa que a redução para o caso simétrico exato é válida por construção e não por sorte: defina h= h₂ e essa calculadora retorna a resposta da calculadora simétrica para o último dígito, não apenas para dentro de uma tolerância.
Deslocar o par o aproxima de um plano, o que aumenta a capacitância desse plano e diminui a impedância de cada modo. O efeito não é sutil. Mover um par do centro para um quarto do espaçamento do plano normalmente diminui a impedância diferencial em 10 a 20%, e é por isso que tratar um par de deslocamento como centralizado é uma forma comum de uma placa de impedância controlada voltar fora da especificação.
O resíduo do modelo em relação ao solucionador é 1,85% no pior caso em uma impedância de modo e 0,44% rms, em larguras de traço de 0,05 a 0,8 do espaçamento do plano, espaçamentos de 0,05 a 1,0 e uma lacuna mais próxima entre 0,125 e 0,5 do espaçamento do plano. Fora desse intervalo, o resultado ainda é retornado, mas é sinalizado como extrapolado.
Exemplo Resolvido
Pegue um par de 0,13 mm com espaçamento de 0,2 mm, situado 0,2 mm acima do plano inferior e 0,5 mm abaixo do superior, 1 onça de cobre, FR4 a θr = 4,2.
A separação total do plano é de 0,7 mm e a razão de deslocamento |h․ − h₂|/ (h․ + h₂) é 0,4286 — o par fica bem fora do centro.
O traço único sozinho nessa posição de deslocamento tem uma impedância de 59,44 Ω. Com seu parceiro a 0,2 mm de distância, os modos são lançados em:
Z_ímpar = 51,51 Ω, Z_par = 66,70 Ω Z_diff = 2 × 51,51 = 103,02 Ω Z_common = 66,70/ 2 = 33,35 Ω
Agora, a comparação que importa. Centralize o mesmo par entre os mesmos planos — 0,35 mm de cada lado — e a impedância diferencial aumenta. O deslocamento custa impedância real e custa na direção que um design de 100 Ω não pode absorver se já estiver na parte inferior da tolerância.
O atraso de propagação é de 6,836 ps/mm, o mesmo que qualquer faixa neste dielétrico, porque o meio é homogêneo independentemente de onde os traços estejam.
Dicas Práticas
- ✓Execute o caso centralizado primeiro como referência e, em seguida, aplique o deslocamento real. A diferença entre os dois é o número a ser levado para uma análise completa.
- ✓Se o deslocamento for grande e a meta de impedância estiver apertada, pergunte se o par pode se mover para uma camada mais equilibrada antes de ajustar a largura e o espaçamento para compensar.
- ✓Verifique o sinalizador de extrapolação antes de confiar em um número. Espaços externos muito finos, em particular, estão fora da faixa ajustada.
- ✓Um par de deslocamento também é assimétrico em seu acoplamento aos dois planos, portanto, as descontinuidades de referência ao plano são mais importantes; mantenha uma referência contínua em toda a rota.
- ✓Onde as duas alturas são quase iguais, use a calculadora simétrica — sua resposta é exata em vez de ajustada, então não há nenhum resíduo.
- ✓Compare a impedância do modo ímpar com o valor de traço único para ver quanto do resultado é acoplamento e quanto é posicionamento.
Erros Comuns
- ✗Calculando a média das duas alturas dielétricas e usando a calculadora simétrica. A relação não é linear no deslocamento, então a média dá a resposta errada na direção que favorece o design.
- ✗Tirando as alturas do desenho e não do empilhamento real do fabricante. A espessura pré-impregnada após a laminação não é a espessura na folha de dados e é o valor construído que define a impedância.
- ✗Ignorando qual avião está mais próximo. O modelo é simétrico ao trocar as duas alturas, então apenas o deslocamento importa, mas confundir as duas ao ler uma pilha produz o deslocamento totalmente errado.
- ✗Tratar a bandeira de extrapolação como cosmética. Fora da faixa validada, o modelo não tem precisão declarada, e um ajuste fora da geometria em que foi ajustado não é um cálculo, é uma suposição.
- ✗Esquecendo que a espessura do cobre está dentro da distância plano a plano. As alturas dielétricas são medidas a partir das faces de cobre, não da linha central da camada.
Perguntas Frequentes
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