O QucsStudio é uma ferramenta extremamente útil no campo da concepção e simulação de circuitos eletrônicos. Ele é particularmente útil para calcular a impedância característica de linhas de transmissão, como as striplines. Em um artigo anterior, apresentamos o método de cálculo da impedância característica das striplines usando o QucsStudio, mas desta vez, vamos aprofundar os desafios enfrentados ao realizar cálculos em placas reais. Este artigo visa preencher a lacuna entre a teoria e a prática, fornecendo conhecimentos mais práticos.
O que é uma linha stripline?
Uma linha stripline é uma linha de transmissão composta por condutores paralelos integrados no interior do substrato. Esta estrutura controla a propagação do sinal, encapsulando a linha de sinal entre planos de terra superior e inferior, o que reduz a radiação eletromagnética. Ela é principalmente utilizada em aplicações de micro-ondas e RF (radiofrequência), adequadas para a transmissão de sinais em alta frequência.
A impedância característica das striplines depende de vários parâmetros físicos, como a largura da linha de sinal, a espessura do substrato e a constante dielétrica. Essa impedância é crucial para a correspondência de impedância entre a fonte de sinal e a carga, pois uma correspondência incorreta pode causar reflexões, perdas e degradação da qualidade do sinal.
Cálculo da impedância característica
Com a ferramenta “Transmission Line Calculator” do QucsStudio, o cálculo da impedância característica é feito rapidamente. Embora esta ferramenta simplifique os cálculos teóricos, quando aplicada a placas de circuito reais, novos desafios surgem. É essencial entender as diferenças entre os cálculos teóricos e práticos para aplicá-los corretamente.
Problemas causados pelo subcorte de erosão
Na fabricação de placas de circuito impresso, o processo de método subtrativo é amplamente utilizado devido à sua eficiência e relação custo-benefício. No entanto, esse processo resulta em um problema conhecido como subcorte de erosão.
Esse processo consiste na remoção química das partes indesejadas da camada de cobre recobrindo o substrato, deixando apenas o padrão desejado na placa.
O subcorte de erosão refere-se ao fenômeno em que as bordas da camada de cobre se dissolvem em um ângulo durante o processo de gravação. Como resultado, o padrão se torna trapezoidal, com a parte superior mais estreita que o previsto. Essa mudança de forma afeta diretamente a impedância característica das striplines, especialmente na transmissão de sinais de alta frequência.
É essencial considerar o impacto desse padrão trapezoidal na impedância característica. Os cálculos de impedância geralmente assumem uma largura constante do padrão, mas quando a parte superior se estreita devido ao subcorte, a impedância real tende a ser maior do que a calculada. Essa diferença pode causar reflexões e perdas de sinal, degradando a qualidade da transmissão.
Portanto, é fundamental entender o efeito dos subcortes e incorporá-los aos cálculos de impedância para um projeto de circuito preciso.
Necessidade de calcular a impedância considerando o padrão trapezoidal
É essencial realizar um cálculo de impedância que considere esse padrão trapezoidal para um projeto preciso de circuitos. Em particular, para circuitos de alta frequência, uma pequena discrepância de impedância pode se tornar um problema significativo, exigindo uma correção trapezoidal nos cálculos de impedância.
Este processo permite melhorar a qualidade do sinal e otimizar o design do circuito.
Cálculo da correção trapezoidal
Para corrigir o impacto do padrão trapezoidal, basta tirar a média entre a borda superior e a borda inferior do trapézio:
W = (W1 + W2) / 2
Usando essa largura corrigida, podemos recalcular a impedância característica com o QucsStudio. Informações detalhadas sobre as dimensões finais devem ser obtidas com o fornecedor da placa de circuito impresso.
Como regra geral, calcular a largura do padrão cerca de 10% menor do que a dimensão especificada permite uma correspondência mais precisa entre a impedância calculada e a medida real. Por exemplo, se o padrão for projetado a 100μm, a largura real pode ser W1 = 80μm e W2 = 100μm. Assim, ao calcular a impedância com uma largura de 90μm, você pode obter uma melhor correspondência entre a teoria e a prática.
Conclusão
Utilizando o QucsStudio, você pode calcular com precisão a impedância característica das striplines. É fundamental entender e corrigir o impacto dos subcortes de erosão causados pelo método subtrativo para garantir a qualidade da transmissão de sinais e otimizar o design do circuito.
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