Pour calculer la valeur d'une impédance différentielle, on suppose habituellement que les deux pistes de la paire différentielle ont la même section. C'est le cas de la paire équilibrée. La plupart des calculs d'impédance partent de cette hypothèse. Cependant, à cause des techniques de fabrication et des tolérances, les deux pistes peuvent avoir des sections légèrement différentes. C'est le cas d'une paire déséquilibrée. Cet article discute des effets des pistes déséquilibrées sur la valeur de l'impédance différentielle.

Le calcul de l'impédance différentielle de pistes déséquilibrée est plus compliqué que celui de pistes équilibrées car la symétrie électrique et géométrique ne peut être utilisée. En se servant de la même méthode de calcul que celle utilisée aussi bien dans le CITS25 que dans le SI6000, nous avons calculé les matrices d'inductance et de capacitance. L'impédance différentielle a été déterminée à partir de ces matrices.

Les résultats sont présentés pour le microstrip et le stripline à couplage latéral. On utilise des valeurs extrêmes, typiques. En prenant le cas de la paire équilibrée comme référence, on fait varier la largeur de la piste de droite de +/- 20% tout en maintenant le même écartement central. Dans les tableaux ci-dessous, la valeur de l'écartement central est la distance entre le bord gauche de la piste de gauche et la ligne médiane de la piste de droite. On analyse également le cas des pistes stripline à couplage frontal (superposées). dans ce cas, les pistes identiques sont équilibrées autour de la ligne centrale entre les plans de masse. La piste inférieure varie de + 20% en hauteur autour de la valeur nominale.

Le tableau 1 présente les résultats pour une variation de la largeur de 20% et pour différentes configurations de microstrip. Le graphique 1 montre les changements en pourcentage de la largeur de piste et de l'impédance différentielle pour un microstrip en surface, avec une épaisseur de substrat de 1000 µm et des écartements de 90 et 130 µm par rapport à la ligne centrale. Le graphique 1 correspond aux deux premières lignes du tableau 1. Des graphiques similaires de variations s'appliquent aux autres paires de valeurs du tableau 1.

En général, plus l'impédance différentielle est grande et plus la variation d'impédance est faible. Ainsi, les impédances de plus de 100 ohms ne varient que de + 7% environ. Pour les impédances de moins de 100 ohms, le changement augmente avec la diminution de l'impédance équilibrée. L'importance de la variation dépend aussi de l'écartement des pistes. Ainsi pour un écartement de 90 µm et une largeur de piste équilibrée de 51 µm, la séparation est de 13,5 µm et l'impédance de 61,7 W . Les variations d'impédance sont de - 20,7% à + 17,0%. Tandis que pour un écartement de 2100 µm et une largeur de piste équilibrée de 1250 µm, la séparation est de 225 µm et l'impédance de 80,3 ohms. L'impédance varie de - 19,1 % à 15,2%.

Le tableau 2 présente les variations de l'impédance différentielle pour une variation de 20% de la largeur de piste dans le cas du couplage latéral et de 20% de la position de la piste inférieure dans le cas du couplage frontal.

Pour les pistes à couplage latéral, la variation de l'impédance est similaire à celle de la configuration microstrip. La variation est plus grande pour les impédances basses où la séparation est faible, que pour les grandes valeurs où la séparation est plus grande. le graphique 2 montre un exemple.

Le graphique 3 montre la variation de l'impédance différentielle pour des pistes superposées. Pour un écartement entre piste égal à la moitié de celui des plans de masse, le changement d'impédance est presque constant pour une variation de la hauteur de piste de + 20%. Cette faible variation d'impédance s'applique pour d'autres largeurs de pistes et d'espacements de plans.

Lorsque les pistes ne sont pas écartées de la moitié de l'écart entre plans, de plus grandes variations d'impédance apparaissent comme l'indique le graphique 3.