Circuits et fabrication, Conception et fabrication de circuits imprimés

Calculateur d'impédance PCB

Calculez les caractéristiques et l'impédance différentielle des circuits imprimés pour les microbandes et les lignes à ruban. Prend en charge les paires couplées par les bords avec des formules précises et des schémas visuels.

1. Sélectionner le Type de Tracé

Microstrip

Stripline

Microstrip Couplé

Stripline Couplée

2. Paramètres d'Entrée

Constante Diélectrique (μ_r)

Épaisseur du Tracé (T)

mils

Largeur du Tracé (W)

mils

Hauteur du Substrat (H)

mils

Espacement entre Tracés (S)

mils

Diagramme Microstrip

Formule

Z_{o} \approx \frac{87}{μ_{r} + 1.41} \ln (\frac{5.98 H}{0.8 W + T})

Diagramme Stripline

Formule

Z_{o} \approx \frac{60}{μ_{r}} \ln (\frac{1.9 B}{0.8 W + T})

Diagramme Microstrip Couplé

Formule

Z_{diff} \approx 2 \cdot Z_{o} (1 - 0.347 e^{- 2.9 \frac{S}{H}})

Diagramme Stripline Couplée

Formule

Z_{diff} \approx 2 \cdot Z_{o} (1 - 0.748 e^{- 1.5 \frac{S}{B}})

3. Résultats

Impédance Caractéristique (Zo)-- Ω

Avertissement : Ces calculs sont fournis à titre indicatif uniquement. Pour vos conceptions finales, utilisez toujours un logiciel de simulation professionnel.

Usage Guide

Sélectionner le type de trace
Choisissez parmi quatre configurations de trace avec des icônes visuelles :
- Microbande : trace unique sur la couche externe au-dessus d'un plan de masse.
- Stripline : trace intégrée entre deux plans de masse.
- Microbande à couplage latéral : paire différentielle sur la couche externe.
- Ligne à ruban couplée par les bords : paire différentielle intégrée entre les plans de masse.
Entrer les paramètres
- Constante diélectrique (εr) : permittivité électrique du matériau (par exemple, 4,4 pour le FR-4).
- Épaisseur de la piste (T) : épaisseur du cuivre en millièmes de pouce (1 oz = 1,37 millièmes de pouce).
- Largeur de trace (W) : largeur du conducteur en mils.
- Hauteur du substrat (H)/Séparation des plans (B) : distance par rapport au(x) plan(s) de masse.
- Espacement des pistes (S) : apparaît pour les paires différentielles ; distance entre les pistes.
Afficher les résultats
- Impédance caractéristique (Zo) : pour les traces asymétriques.
- Impédance différentielle (Zdiff) : pour les paires couplées, affichée automatiquement pour les types à couplage de bord.

Explications de la formule

Impédance microbande à extrémité unique

Z 0 = \frac{87}{\sqrt{ε_{r} + 1.41}} • \ln (\frac{5.98 H}{0.8 W + T})

Variables:

Z₀: Characteristic impedance of the microstrip line (Ω)
- Key parameter for single-ended signal integrity
- Typical target: 50Ω for RF, 60-70Ω for digital signals
ε_r: Substrate dielectric constant
- FR-4: 4.2-4.6 @ 1MHz
- Rogers RO3003: 3.0 @ 10GHz
H: Substrate height from trace to ground plane (mils)
- Also known as dielectric height
- Thinner H increases Z₀ for same trace width
W: Trace width (mils)
- Wider traces lower Z₀ linearly
- Minimum width limited by manufacturing (typically ≥4mils)
T: Trace thickness (mils)
- 1oz copper: 1.37mils (35μm)
- 2oz copper: 2.74mils (70μm)

Impédance symétrique de ligne triplaque

Z 0 = \frac{60}{\sqrt{ε_{r}}} • \ln (\frac{1.9 B}{0.8 W + T})

Variables:

Z₀: Characteristic impedance of stripline (Ω)
- Enclosed between two ground planes for better shielding
- Typical target: 50Ω for controlled impedance designs
ε_r: Dielectric constant of core material
- High-frequency materials: ε_r stability critical
- Example: Isola FR408HR: ε_r=3.48 @ 10GHz
B: Total distance between ground planes (mils)
- Also called "plane separation" or "stackup height"
- B = 2H for symmetric stripline with centered trace
W: Trace width (mils)
- Narrower W increases Z₀ in stripline designs
- Width-to-thickness ratio affects field distribution
T: Trace thickness (mils)
- Thicker traces reduce DC resistance but impact Z₀ slightly
- Considered in denominator for geometric correction

Impédance différentielle microbande couplée par les bords

Z_{diff} = 2 • Z 0 • (1 - 0.347 • e^{- \frac{2.9 S}{H}})

Variables:

Z_diff: Differential impedance of coupled microstrip (Ω)
- Typical targets: 100Ω (USB), 90Ω (Ethernet)
- Depends on both single-ended Z₀ and coupling factor
Z₀: Single-ended microstrip impedance (Ω)
- Base impedance of each trace in the pair
- Assumes infinite ground plane for isolation
S: Spacing between coupled traces (mils)
- Critical for crosstalk and differential impedance control
- S/H ratio determines exponential coupling factor
- Common rule: S ≥ 2W for minimal crosstalk
H: Substrate height (mils)
- Affects field penetration into substrate
- Lower H increases electromagnetic coupling between traces

Impédance différentielle à ligne triplaque couplée par les bords

Z_{diff} = 2 • Z 0 • (1 - 0.748 • e^{- \frac{1.5 S}{B}})

Variables:

Z_diff: Differential impedance of coupled stripline (Ω)
- Preferred for high-speed signals requiring low EMI
- Typical value: 100Ω for DDR4 differential pairs
Z₀: Single-ended stripline impedance (Ω)
- Impedance of each trace when isolated
- Calculated using symmetric stripline formula
S: Spacing between coupled traces (mils)
- Smaller S increases differential impedance due to coupling
- Exponential term: e^-1.5S/B models field overlap
B: Plane separation (mils)
- Total distance between top and bottom ground planes
- B = 2H for centered traces in symmetric stackups
- Larger B reduces coupling effect for same trace spacing

Foire aux questions

Qu'est-ce que l'impédance caractéristique (Z₀) ?

Characteristic impedance is the resistance a signal "sees" as it travels along a transmission line, determined by trace geometry and material properties. A mismatch in

Z 0

causes signal reflections, degrading integrity. For example, a microstrip with

W = 10 mils

H = 6 mils

, and

ε r = 4.4

has:

Z 0 = 87 \sqrt (ε r + 1.41) \cdot ln (5.98 \cdot H 0.8 \cdot W + T) \approx 50 Ω

Quelle est la différence entre une microbande et une ligne à ruban ?

Microstrip: Single trace on the surface with a ground plane below.
- Advantages: Easy to route, suitable for low-frequency designs.
- Disadvantages: Radiates EMI, sensitive to board flexing.
Stripline: Trace sandwiched between two ground planes.
- Advantages: Better EMI shielding, stable at high frequencies.
- Disadvantages: Requires inner layers, more complex to route.

Comment l'espacement des pistes affecte-t-il l'impédance différentielle ?

In edge-coupled pairs, increased spacing

S

reduces electromagnetic coupling, increasing differential impedance

Z diff

. For microstrips:

Z diff = 2 \cdot Z 0 \cdot (1 - 0.347 \cdot e -2.9S/H)

When $S = H$ : $Z diff \approx 2Z 0 \cdot 0.76$
When $S = 3H$ : $Z diff \approx 2Z 0 \cdot 0.97$

Quelle est la différence entre une impédance asymétrique et une impédance différentielle ?

Parameter	Single-Ended (Z₀)	Differential (Z_diff)
Definition	Impedance from trace to ground	Impedance between two coupled traces
Typical Values	50Ω (RF), 60-70Ω (digital)	100Ω (USB), 90Ω (Ethernet)
Application	Single-ended signals (e.g., GPIO)	Differential signals (e.g., LVDS, PCIe)
Design Focus	Trace width and ground plane distance	Trace spacing and coupling coefficient

Differential pairs offer better noise immunity because the differential signal cancels common-mode noise. For example, USB 3.0 requires with and on a 6-mil FR-4 substrate.

Pourquoi choisir une microbande à couplage de bord plutôt qu'une ligne à ruban pour les paires différentielles ?

Microbande : plus facile à acheminer, mais émet des interférences électromagnétiques et est sensible à la flexion de la carte.
Ligne triplaque : Meilleur blindage, moins de diaphonie et plus stable à hautes fréquences, mais nécessite des couches internes.

Quel rôle joue la constante diélectrique (εr) dans l'impédance ?

A higher

ε r

increases the effective permittivity of the transmission line, decreasing

Z 0

. For example:

FR-4 ( $ε r = 4.4$ ): $Z 0 \approx 50 Ω$ for $W = 10 mils, H = 6 mils$
Rogers RO3003 ( $ε r = 3.0$ ): $Z 0 \approx 58 Ω$ for the same geometry

Key Dielectric Properties

$ε r$ : Relative permittivity, affects field confinement.
- High-frequency materials: $ε r$ stability is critical
- Example: Isola FR408HR: $ε r = 3.48$ @ 10GHz
Loss Tangent (Df): Energy loss factor, impacts signal attenuation.
- FR-4: Df ≈ 0.02 @ 1MHz
- Rogers RO4350B: Df = 0.004 @ 10GHz