1. Leitungstyp auswählen
2. Parameter eingeben
mils
mils
mils
Microstrip Diagramm
Formel
Stripline Diagramm
Formel
Diagramm Gekoppelter Microstrip
Formel
Diagramm Gekoppelte Stripline
Formel
3. Ergebnisse
Wellenwiderstand (Zo)-- Ω
Haftungsausschluss: Diese Berechnungen dienen nur zu Schätzzwecken. Verwenden Sie für finale Designs immer professionelle Simulationssoftware.
Impedanzeingabe und Ergebnis-Sicherheitsprüfung
Eine PCB-Impedanzschätzung ist nur so zuverlässig wie ihre Geometrie und Materialeingaben. Verwenden Sie die Abmessungen aus dem fertigen Stapel, nicht von nominellen Grafiken oder nicht gedrücktem Prepreg. Halten Sie jede Länge in einem Einheitensystem und wählen Sie die richtige Struktur aus, da MicroStrip und Stripline unterschiedliche Feldverteilungen verwenden.
- Geometrie:Geben Sie die fertige Spurenbreite und -dicke plus dielektrische Höhe in die entsprechende Referenzebene ein; Bei Differenzpaaren müssen Sie einen Abstand von Kante zu Kante einschließen.
- Material:Verwenden Sie die anwendbare Dielektrizitätskonstante des Laminats bei der Betriebsfrequenz und nicht bei einem generischen FR-4-Wert.
- Modellgrenzen:Lötmaske, Kupferrauheit, trapezförmiges Ätzen, Kupfer in der Nähe und Gewebe können das Ergebnis verschieben, wenn das ausgewählte Modell sie weglässt.
- Interpretation:Behandeln Sie das Ergebnis als Entwurfsschätzung. Bitten Sie den Verarbeiter, die Produktionsgeometrie anzupassen und die kontrollierte Impedanz mit einem geeigneten Feldlöser und Testcoupon zu überprüfen.
Gebrauchsanweisung
Formel-Erläuterungen
Einseitig angeschlossene Mikrostreifenimpedanz
Variablen:
- Z0: Wellenwiderstand der Mikrostreifenleitung (Ω)
- Wichtiger Parameter für die Signalintegrität von Single-Ended-Leitungen
- Typischer Zielwert: 50Ω für HF, 60-70Ω für digitale Signale
- εr: Dielektrizitätskonstante des Substrats
- FR-4: 4.2-4.6 bei 1MHz
- Rogers RO3003: 3.0 bei 10GHz
- H: Substrathöhe von der Leiterbahn zur Massebene (mils)
- Auch als Dielektrikumshöhe bekannt
- Ein dünneres H erhöht Z0 bei gleicher Leiterbahnbreite
- W: Leiterbahnbreite (mils)
- Breitere Leiterbahnen verringern Z0 linear
- Die Mindestbreite ist durch die Fertigung begrenzt (typischerweise ≥4mils)
- T: Leiterbahndicke (mils)
- 1 oz Kupfer: 1.37 mils (35 μm)
- 2 oz Kupfer: 2.74 mils (70 μm)
Symmetrische Streifenleitungsimpedanz
Variablen:
- Z0: Wellenwiderstand der Stripline (Leitungsschicht) (Ω)
- Zwischen zwei Masseebenen eingeschlossen für bessere Abschirmung
- Typischer Zielwert: 50Ω für Designs mit kontrollierter Impedanz
- εr: Dielektrizitätskonstante des Kernmaterials
- Hochfrequenzmaterialien: Stabilität von εr ist kritisch
- Beispiel: Isola FR408HR: εr=3.48 bei 10GHz
- B: Gesamtabstand zwischen den Masseebenen (mils)
- Auch als „Ebenenabstand“ oder „Lagenaufbau-Höhe“ bezeichnet
- B = 2H für symmetrische Stripline mit zentrierter Leiterbahn
- W: Leiterbahnbreite (mils)
- Ein schmaleres W erhöht Z0 bei Stripline-Designs
- Das Verhältnis von Breite zu Dicke beeinflusst die Feldverteilung
- T: Leiterbahndicke (mils)
- Dickere Leiterbahnen verringern den Gleichstromwiderstand, beeinflussen Z0 jedoch leicht
- W wird im Nenner für die geometrische Korrektur berücksichtigt
Kantengebundene Mikrostreifen-Differenzimpedanz
Variablen:
- Zdiff: Differenzialimpedanz der gekoppelten Mikrostreifenleitung (Ω)
- Typische Zielwerte: 100Ω (USB), 90Ω (Ethernet)
- Hängt sowohl von der Single-Ended-Z0 als auch vom Kopplungsfaktor ab
- Z0: Single-Ended-Mikrostreifenimpedanz (Ω)
- Basisimpedanz jeder Leiterbahn im Paar
- Setzt eine unendliche Massebene zur Isolierung voraus
- S: Abstand zwischen gekoppelten Leiterbahnen (mils)
- Kritisch für Übersprechen und Steuerung der Differenzialimpedanz
- Das Verhältnis S/H bestimmt den exponentiellen Kopplungsfaktor
- Gängige Regel: S ≥ 2W für minimales Übersprechen
- H: Substrathöhe (mils)
- Beeinflusst das Eindringen des Feldes in das Substrat
- Ein kleineres H erhöht die elektromagnetische Kopplung zwischen den Leiterbahnen
Kantengebundene Streifenleitung mit differentieller Impedanz
Variablen:
- Zdiff: Differenzialimpedanz der gekoppelten Stripline (Leitungsschicht) (Ω)
- Bevorzugt für Hochgeschwindigkeitssignale, die geringe EMI erfordern
- Typischer Wert: 100Ω für DDR4-Differenzialpaare
- Z0: Single-Ended-Stripline-Impedanz (Ω)
- Impedanz jeder Leiterbahn im isolierten Zustand
- Berechnet mit der Formel für symmetrische Striplines
- S: Abstand zwischen gekoppelten Leiterbahnen (mils)
- Ein kleineres S erhöht die Differenzialimpedanz aufgrund der Kopplung
- Exponentieller Term: e-1.5S/B modelliert die Feldüberlappung
- B: Ebenenabstand (mils)
- Gesamtabstand zwischen oberer und unterer Masseebene
- B = 2H für zentrierte Leiterbahnen in symmetrischen Aufbauten
- Ein größeres B verringert den Kopplungseffekt bei gleichem Leiterbahnabstand
Häufig gestellte Fragen
Was ist die charakteristische Impedanz (Z0)?
Der Wellenwiderstand ist der Widerstand, den ein Signal auf seinem Weg entlang einer Übertragungsleitung „sieht“, bestimmt durch die Leiterbahngeometrie und Materialeigenschaften. Eine Fehlanpassung von Z0 verursacht Signalreflexionen und beeinträchtigt die Integrität. Zum Beispiel hat eine Mikrostreifenleitung mit W = 10 mils, H = 6 mils und εr = 4.4:
Z0 =
87
√
(εr + 1.41)
· ln(
5.98 · H
0.8 · W + T
) ≈ 50 Ω
Was ist der Unterschied zwischen Mikrostreifen und Streifenleitung?
Mikrostreifenleitung (Microstrip): Einzelne Leiterbahn auf der Oberfläche mit einer darunterliegenden Massebene.
- Vorteile: Einfach zu routen, geeignet für Niederfrequenzdesigns.
- Nachteile: Strahlt elektromagnetische Interferenzen (EMI) ab, anfällig für Platinenbiegung.
- Stripline (Leitungsschicht): Zwischen zwei Masseebenen eingebettete Leiterbahn.
- Vorteile: Bessere EMI-Abschirmung, stabil bei hohen Frequenzen.
- Nachteile: Erfordert Innenlagen, komplexer zu routen.
Wie wirkt sich der Leiterbahnabstand auf die differentielle Impedanz aus?
Bei kantengekoppelten Paaren reduziert ein größerer Abstand S die elektromagnetische Kopplung, wodurch sich die Differenzialimpedanz Zdiff erhöht. Für Mikrostreifenleitungen gilt:
Zdiff = 2 · Z0 · (1 − 0.347 · e−2.9S/H)
- Wenn S = H: Zdiff ≈ 2Z0 · 0.76
- Wenn S = 3H: Zdiff ≈ 2Z0 · 0.97
Was ist der Unterschied zwischen Single-Ended- und Differenzimpedanz?
| Parameter | Single-Ended (Z0) | Differenziell (Zdiff) |
|---|---|---|
| Definition | Impedanz von der Leiterbahn zur Massebene | Impedanz zwischen zwei gekoppelten Leiterbahnen |
| Typische Werte | 50Ω (HF), 60-70Ω (digital) | 100Ω (USB), 90Ω (Ethernet) |
| Anwendung | Single-Ended-Signale (z. B. GPIO) | Differenzielle Signale (z. B. LVDS, PCIe) |
| Design-Fokus | Leiterbahnbreite und Abstand zur Massebene | Leiterbahnabstand und Kopplungskoeffizient |
Differenzialpaare bieten eine bessere Störsicherheit, da das differenzielle Signal Gleichtaktstörungen unterdrückt. Beispielsweise erfordert USB 3.0 mit und auf einem 6-mil FR-4 Substrat.
Warum sollte man für Differentialpaare Edge-Coupled Microstrip gegenüber Stripline bevorzugen?
Welche Rolle spielt die Dielektrizitätskonstante (εr) bei der Impedanz?
Ein höheres εr erhöht die effektive Dielektrizitätskonstante der Übertragungsleitung, wodurch Z0 verringert wird. Zum Beispiel:
- FR-4 (εr = 4.4): Z0 ≈ 50 Ω bei W = 10 mils, H = 6 mils
- Rogers RO3003 (εr = 3.0): Z0 ≈ 58 Ω bei gleicher Geometrie
Wichtige Dielektrikumseigenschaften
- εr: Relative Dielektrizitätskonstante, beeinflusst die Feldeinschluss.
- Hochfrequenzmaterialien: Die Stabilität von εr ist kritisch
- Beispiel: Isola FR408HR: εr = 3.48 bei 10GHz
- Verlustfaktor (Df): Energieverlustfaktor, beeinflusst die Signalatenuierung.
- FR-4: Df ≈ 0.02 bei 1MHz
- Rogers RO4350B: Df = 0.004 bei 10GHz
Wie genau sind diese Berechnungen?
Die Ergebnisse basieren auf IPC-Standard-Näherung. Reale Faktoren wie:
- Spurrauheit (z. B. 2,1 μm RMS)
- Lötmaskendicke (0,5-1,0mil)
- Fertigungstoleranzen (±10% für Spurenbreite)
- Dielektrische Dickenvariation (±5%)
