Circuitos e Fabricação, Projeto e fabricação de placas de circuito impresso (PCB)

Calculadora de impedância de PCB

Calcule a impedância característica e diferencial da PCB para microstrip e stripline. Suporta pares acoplados por borda com fórmulas precisas e diagramas visuais.

1. Selecionar Tipo de Trilha

Microstrip

Stripline

Microstrip Acoplado

Stripline Acoplado

2. Inserir Parâmetros

Constante Dielétrica (μ_r)

Espessura da Trilha (T)

mils

Largura da Trilha (W)

mils

Altura do Substrato (H)

mils

Espaçamento entre Trilhas (S)

mils

Diagrama de Microstrip

Fórmula

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

Diagrama de Stripline

Fórmula

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

Diagrama de Microstrip Acoplado

Fórmula

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

Diagrama de Stripline Acoplado

Fórmula

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

3. Resultados

Impedância Característica (Zo)-- Ω

Aviso: Estes cálculos são apenas para fins de estimativa. Para projetos finais, utilize sempre um software de simulação profissional.

Entrada de impedância e verificação de sanidade dos resultados

Uma estimativa de impedância de PCB é tão confiável quanto sua geometria e entradas de material. Use dimensões do empilhamento finalizado, não de arte nominal ou pré-preg não prensado. Mantenha todos os comprimentos em uma unidade de sistema e selecione a estrutura correta, pois microstrip e stripline usam diferentes distribuições de campo.

geometria:Insira a largura e a espessura do traçado final mais a altura dielétrica no plano de referência relevante; Para pares diferenciais, inclua o espaçamento entre arestas.
Material:Use a constante dielétrica aplicável do laminado na frequência de operação, não em um valor genérico de FR-4.
Limites do modelo:Máscara de solda, rugosidade de cobre, gravura trapezoidal, cobre próximo e trama podem mudar o resultado se o modelo selecionado os omitir.
Interpretação:Trate o resultado como uma estimativa de design. Peça ao fabricante para ajustar a geometria de produção e verificar a impedância controlada com um solucionador de campo adequado e um cupom de teste.

Guia de uso

Selecione o tipo de
traço Escolha entre quatro configurações de traço com ícones visuais:
- Microstrip: Traço único na camada externa sobre um plano de aterramento.
- Stripline: Traço incorporado entre dois planos de terra.
- Microstrip acoplado pela borda: Par diferencial na camada externa.
- Stripline acoplado à borda: par diferencial incorporado entre planos de terra.
Insira os parâmetros
- Constante dielétrica (εr): Permissividade elétrica do material (por exemplo, 4,4 para FR-4).
- Espessura do traço (T): Espessura do cobre em mils (1 oz = 1,37 mils).
- Largura do traço (W): Largura do condutor em mils.
- Altura do substrato (H)/Separação do plano (B): Distância até o(s) plano(s) de terra.
- Espaçamento do traço (S): Aparece para pares diferenciais; distância entre os traços.
Ver resultados
- Impedância característica (Zo): Para traços de extremidade única.
- Impedância diferencial (Zdiff): Para pares acoplados, exibida automaticamente para tipos acoplados por borda.

Explicações sobre a fórmula

Impedância de microfita de extremidade única

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

Variáveis:

Z₀: Impedância característica da linha de microfita (Ω)
- Parâmetro-chave para a integridade de sinal unifilar (single-ended)
- Alvo típico: 50Ω para RF, 60-70Ω para sinais digitais
ε_r: Constante dielétrica do substrato
- FR-4: 4.2-4.6 @ 1MHz
- Rogers RO3003: 3.0 @ 10GHz
H: Altura do substrato do traço até o plano de terra (mils)
- Também conhecida como altura do dielétrico
- Um H mais fino aumenta Z₀ para a mesma largura de traço
W: Largura do traço (mils)
- Traços mais largos diminuem Z₀ linearmente
- Largura mínima limitada pela fabricação (tipicamente ≥4mils)
T: Espessura do traço (mils)
- Cobre de 1oz: 1.37 mils (35μm)
- Cobre de 2oz: 2.74 mils (70μm)

Impedância simétrica da linha de fita

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

Variáveis:

Z₀: Impedância característica da linha de fita (stripline) (Ω)
- Envolta entre dois planos de terra para melhor blindagem
- Alvo típico: 50Ω para projetos de impedância controlada
ε_r: Constante dielétrica do material do núcleo (core)
- Materiais de alta frequência: a estabilidade de ε_r é crítica
- Exemplo: Isola FR408HR: ε_r = 3.48 @ 10GHz
B: Distância total entre os planos de terra (mils)
- Também chamada de "separação de planos" ou "altura da pilha (stackup)"
- B = 2H para stripline simétrica com trilha centralizada
W: Largura da trilha (mils)
- Um W mais estreito aumenta Z₀ em projetos de stripline
- A proporção entre largura e espessura afeta a distribuição do campo
T: Espessura da trilha (mils)
- Trilhas mais espessas reduzem a resistência DC, mas impactam levemente Z₀
- Considerado no denominador para correção geométrica

Impedância diferencial de microfita acoplada por borda

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

Variáveis:

Z_diff: Impedância diferencial da microfita acoplada (Ω)
- Alvos típicos: 100Ω (USB), 90Ω (Ethernet)
- Depende tanto da impedância unifilar Z₀ quanto do fator de acoplamento
Z₀: Impedância da microfita unifilar (single-ended) (Ω)
- Impedância base de cada trilha no par
- Assume um plano de terra infinito para isolamento
S: Espaçamento entre trilhas acopladas (mils)
- Crítico para o controle de crosstalk (diafonia) e impedância diferencial
- A proporção S/H determina o fator de acoplamento exponencial
- Regra comum: S ≥ 2W para diafonia mínima
H: Altura do substrato (mils)
- Afeta a penetração do campo no substrato
- Um H menor aumenta o acoplamento eletromagnético entre as trilhas

Impedância diferencial de linha de fita acoplada por borda

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

Variáveis:

Z_diff: Impedância diferencial da linha de fita (stripline) acoplada (Ω)
- Preferido para sinais de alta velocidade que exigem baixa interferência eletromagnética (EMI)
- Valor típico: 100Ω para pares diferenciais de DDR4
Z₀: Impedância da linha de fita (stripline) unifilar (single-ended) (Ω)
- Impedância de cada trilha quando isolada
- Calculada usando a fórmula de stripline simétrica
S: Espaçamento entre trilhas acopladas (mils)
- Um S menor aumenta a impedância diferencial devido ao acoplamento
- Termo exponencial: e^-1.5S/B modela a sobreposição de campos
B: Separação dos planos (mils)
- Distância total entre os planos de terra superior e inferior
- B = 2H para trilhas centralizadas em pilhas (stackups) simétricas
- Um B maior reduz o efeito de acoplamento para o mesmo espaçamento de trilhas

Perguntas frequentes

O que é impedância característica (Z₀)?

A impedância característica é a resistência que um sinal "encontra" ao viajar ao longo de uma linha de transmissão, determinada pela geometria do traço e pelas propriedades do material. Uma incompatibilidade em

Z 0

causa reflexões de sinal, degradando a integridade. Por exemplo, uma microfita com

W = 10 mils

H = 6 mils

ε r = 4.4

tem:

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

Qual é a diferença entre microstrip e stripline?

Microfita: Traço único na superfície com um plano de aterramento abaixo.
- Vantagens: Fácil de rotear, adequado para projetos de baixa frequência.
- Desvantagens: irradia EMI, sensível à flexão da placa.
stripline: Traço ensanduichado entre dois planos de aterramento.
- Vantagens: Melhor blindagem EMI, estável em altas frequências.
- Desvantagens: Requer camadas internas, mais complexas de rotear.

Como o espaçamento entre traços afeta a impedância diferencial?

Em pares acoplados pelas bordas (edge-coupled), o aumento do espaçamento

S

reduz o acoplamento eletromagnético, aumentando a impedância diferencial

Z diff

. Para microfitas:

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

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

Qual é a diferença entre impedância single-ended e diferencial?

Parâmetro	Unifilar / Single-Ended (Z₀)	Diferencial (Z_diff)
Definição	Impedância do traço para o terra	Impedância entre dois traços acoplados
Valores típicos	50Ω (RF), 60-70Ω (digital)	100Ω (USB), 90Ω (Ethernet)
Aplicação	Sinais unifilares (ex.: GPIO)	Sinais diferenciais (ex.: LVDS, PCIe)
Foco de projeto	Largura do traço e distância ao plano de terra	Espaçamento do traço e coeficiente de acoplamento

Os pares diferenciais oferecem melhor imunidade ao ruído porque o sinal diferencial cancela o ruído de modo comum. Por exemplo, o USB 3.0 requer com e em um substrato FR-4 de 6 mils.

Por que escolher microfita acoplada por borda em vez de stripline para pares diferenciais?

Microstrip: Mais fácil de rotear, mas irradia EMI e é sensível à curvatura da placa.
Stripline: Melhor blindagem, menos interferência e mais estável em altas frequências, mas requer camadas internas.

Qual é o papel da constante dielétrica (εr) na impedância?

ε r

mais alto aumenta a permissividade efetiva da linha de transmissão, diminuindo

Z 0

. Por exemplo:

FR-4 ( $ε r = 4.4$ ): $Z 0 \approx 50 Ω$ para $W = 10 mils, H = 6 mils$
Rogers RO3003 ( $ε r = 3.0$ ): $Z 0 \approx 58 Ω$ para a mesma geometria

Principais propriedades dielétricas

$ε r$ : Permissividade relativa, afeta o confinamento do campo.
- Materiais de alta frequência: a estabilidade de $ε r$ é crítica
- Exemplo: Isola FR408HR: $ε r = 3.48$ @ 10GHz
Tangente de Perda (Df): Fator de perda de energia, impacta a atenuação do sinal.
- FR-4: Df ≈ 0.02 @ 1MHz
- Rogers RO4350B: Df = 0.004 @ 10GHz