Les solveurs de champ sont largement utilisés pour le calcul et l'analyse des structures à impédance contrôlée. Cependant lors de la conception des structures différentielles, surtout avec des géométries fines, il est nécessaire d'avoir une bonne connaissance de stratifiés et des structures pré-preg pour avoir de bons résultats.

Considérons d'abord la constante diélectrique Er, de valeur typique 4.2. Il s'agit d'une valeur nominale pour un matériau FR4 en vrac.

Le verre ayant un Er de 6 et la résine un Er de 3, (plus faible encore avec des matériaux performants), il est peu probable que le champ électrique "voie" la constante diélectrique du matériau brut.

Regardez les paires différentielles sur la photo, lorsqu'elles sont rapprochées l'une de l'autre et relativement éloignées des plans de masse, alors le champ électrique entre lignes est important. Le champ autour de la paire de la photo "voit" un Er plus proche de celui de la résine que de celui d'un mélange verre / époxy.

Si vous êtes concepteur et si vous spécifiez le FR4 au fabricant, vous devrez prévoir une tolérance sur les pistes différentielles pour prendre en compte ce phénomène.

regardons la graphe ci-dessous. Il présente une suite de valeurs d'impédance d'une paire différentielle tenant compte de la variation de Er. c'est le type d'erreur que l'on peut introduire si l'on ne tient pas compte des effets décrits plus haut.

A cause de ces effets, qui sont réels et dûs aux propriétés physiques de matériaux utilisés, vous devrez utiliser une valeur d'Er pour les lignes simples et autre valeur d'Er pour les configurations différentielles. Vous devrez peut être utiliser un 3^ème Er pour les structures coplanaires.

L'utilisation d'un stratifié avec "renforcement" ou le Er est proche de celui de la résine est une possibilité, vous devez en discuter avec votre fournisseur car il faut mettre en balance la productivité et l'augmentation des coûts de matériaux.

Des stratifiés utilisant un renforcement aramide non tissé est une possibilité de réduire le changement d'Er avec la géométrie, puisque le renforcement a un Er proche de celui de la résine.

Quelque soit le réflectomètre (TDR) utilisé pour mesurer l'impédance, assurez vous qu'il a été calibré avec des étalons rattachés aux standards nationaux. Les mesures par réflectomètrie doivent être faites dans les mêmes conditions que celles de l'étalonnage.

Pour déterminer l'Er, les fabricants doivent se baser autant sur leur expérience que sur les spécifications des matériaux. L'appauvrissement en fibres de verre des lignes différentielles doit être compensé par un Er plus faible que celui du verre époxy stratifié brut. L'expérience montre que des lignes différentielles de 5 mils, avec des espacements de 5 - 7 mils et des épaisseurs d'isolant > 8 mils, le choix d'un Er entre 3,6 et 3,9 pour le FR4 donne les résultats les plus proches de la réalité (voir la zone mise en lumière sur le graphe ci-dessous).