Calculateur d’impédance différentielle microstrip (paire différentielle)

Vous recherchez un outil gratuit pour calculer l'impédance différentielle d'une paire microstrip (ou microruban) ? Nous avons créé un outil simple qui calcule cette impédance à partir de la géométrie de vos pistes et de la constante diélectrique du substrat.

Ce calculateur s'appuie sur les équations de Wadell, plus précises que les formules approchées courantes. C'est un bon point de départ pour estimer l'impédance de vos paires différentielles, avant de passer à un solveur de champ pour valider votre empilage.

Calculer l’impédance différentielle d’une paire microstrip

Pour utiliser ce calculateur, saisissez simplement la géométrie de votre paire microstrip et la valeur du Dk. L'outil renvoie alors l'impédance différentielle de la paire de pistes. Il utilise les équations de Wadell pour l'impédance différentielle, publiées dans l'ouvrage de référence Transmission Line Design Handbook.

Ces équations forment un ensemble de 67 équations et paramètres interdépendants, dont la résolution passe par le calcul d'intégrales elliptiques. Le calculateur ci-dessous automatise ce travail et vous donne l'impédance en mode impair de chaque piste ainsi que l'impédance différentielle de la paire (Zdiff = 2 × Zodd).
 

Épaisseur du cuivre (t)

mils

 

Épaisseur diélectrique (h)

mils

 

Largeur de piste (w)

mils

 

Espacement bord à bord ( s )

mils

 

Constante diélectrique

 

 

 

Résultats

Impédance en mode impair (Ohms) :

 

Impédance différentielle (Ohms) :

 

Pour en savoir plus sur les calculateurs d'impédance de pistes, les équations de Wadell et les limites de ces outils, consultez notre article sur les calculateurs d'impédance microstrip single-ended.

Lorsque vous concevez des paires différentielles et déterminez leur impédance, il est important de comprendre comment le couplage agit sur la paire. Ce couplage dépend de l'espacement entre les deux pistes et de leur largeur.

L'impédance single-ended de chaque piste compte pour la terminaison. Mais dans une paire couplée, elle n'est plus égale à l'impédance caractéristique d'une piste isolée : la valeur à retenir est l'impédance en mode impair indiquée ci-dessus. Quelle que soit la façon dont vous routez vos paires différentielles, vous devez donc comprendre comment le couplage fait s'écarter l'impédance de l'impédance caractéristique.

• En savoir plus sur le couplage de paires différentielles et son impact sur la propagation

Microstrip ou stripline différentielle : quelle différence ?

Une paire microstrip est routée sur une couche externe, au-dessus d'un seul plan de référence. Une paire stripline est routée sur une couche interne, entre deux plans de référence. Cette différence de position change la répartition du champ électromagnétique, et donc l'impédance, la vitesse de propagation et le comportement CEM de la paire.

Pour une même impédance cible, par exemple 100 Ω, la géométrie obtenue n'est donc pas interchangeable entre les deux structures. Découvrez pourquoi les largeurs de piste diffèrent entre stripline et microstrip.

En pratique :

• Choisissez une paire microstrip pour des liaisons courtes entre composants de surface, sans changement de couche, ou lorsque vous devez pouvoir sonder les signaux.
• Choisissez une paire stripline pour des liaisons rapides plus longues, lorsque le blindage et la maîtrise de la diaphonie priment.

Votre paire différentielle est routée sur une couche interne ? Utilisez notre calculateur d'impédance stripline différentielle.

Limites des calculateurs d'impédance analytiques

Les calculateurs d'impédance sont très utiles pour comprendre comment la géométrie influe sur l'impédance d'une paire microstrip différentielle. Cependant, un calculateur classique laisse de côté plusieurs paramètres importants :

• Dispersion : la constante diélectrique varie avec la fréquence. Le calculateur ci-dessus utilise une valeur fixe, comme si un signal numérique n'avait qu'une seule fréquence, ce qui est inexact. En savoir plus sur la dispersion du FR4.
• Rugosité du cuivre : la rugosité des feuilles de cuivre de l'empilage augmente l'impédance en accentuant l'effet de peau. En savoir plus sur la rugosité du cuivre et l'impédance.
• Pertes diélectriques : le calculateur ne prend en entrée que la partie réelle de la constante diélectrique et ignore la tangente de pertes. En savoir plus sur la tangente de pertes.
• Facteur de gravure : la gravure donne à la piste une section trapézoïdale et non rectangulaire, si bien que l'impédance réelle diffère de la valeur calculée. En savoir plus sur la gravure et l'impédance.
• Délai de propagation : la plupart des calculateurs en ligne ne donnent pas de délai de propagation, ou l'estiment avec une formule connue pour être inexacte. En savoir plus sur la dispersion et le délai de propagation.
• Masque de soudure : le masque de soudure (ou vernis épargne) modifie l'impédance et ajoute des pertes le long de la ligne de transmission, mais les calculateurs en ligne n'en tiennent pas compte. Bien choisir son masque de soudure · En savoir plus sur le masque de soudure.

Utiliser un outil d'empilage de couches avec solveur de champ intégré

Les calculateurs simples d'impédance de paires différentielles comme celui-ci sont très utiles pour estimer l'impédance. Mais, comme le montrent les limites énumérées ci-dessus, ils ne suffisent pas pour des conceptions avancées.

Vous devez alors soit corriger manuellement un modèle sans pertes en y ajoutant l'impédance due à l'effet de peau et à la rugosité, soit résoudre directement les équations de Maxwell pour obtenir l'impédance. Cette seconde option nécessite un solveur de champ, ou un modèle numérique extrait des résultats d'un solveur de champ.

Le gestionnaire d'empilage de couches d'Altium Designer intègre un solveur de champ qui fournit des résultats d'impédance très précis. Pour y accéder, il suffit d'ouvrir l'empilage de couches dans l'éditeur de PCB et de cliquer sur l'onglet Impédance.

Vous pouvez ensuite créer une règle de conception à partir de vos calculs d'impédance : la géométrie de piste calculée sera appliquée automatiquement lors du routage du circuit imprimé.

Pour commencer, vous n'avez besoin que de la constante diélectrique (parties réelle et imaginaire) de vos matériaux de substrat.

L'éditeur d'empilage de couches intégré d'Altium Designer® peut servir de calculateur d'impédance microstrip différentielle, aussi bien pour les microstrips standard que pour les configurations coplanaires. Lorsque vous êtes prêt à partager vos fichiers avec vos collaborateurs pour des simulations plus poussées, la plateforme Altium 365™ facilite la collaboration et le partage de vos projets. Tout ce dont vous avez besoin pour concevoir et fabriquer des produits électroniques avancés se trouve dans une seule et même suite logicielle.

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