PCB-Impedanz Rechner
Berechnen Sie die charakteristische Impedanz für Microstrip- und Stripline-PCB-Leiterbahnen. Essentiell für Hochgeschwindigkeits-Digital- und HF-Design.
Rechner
1oz copper ≈ 0.035mm (1.4mil)
Distance to reference plane
FR-4 typical: 4.2-4.8
Microstrip
┌─────┐ ← Trace (W×T) ═══╧═════╧═══ ▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒ ← Dielectric (H) ═════════════ ← Ground Plane
Stripline
═════════════ ← Top Ground ▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒ ▒▒┌─────┐▒▒▒▒ ← Trace (centered) ▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒ ═════════════ ← Bottom Ground
Bedienungsanleitung
Dieser PCB-Impedanzrechner hilft Ihnen bei der Entwicklung von impedanzkontrollierten Leiterbahnen für Hochgeschwindigkeits-Digital- und HF-Anwendungen.
- Leiterbahntyp wählen — Mikrostreifenleitung (Außenlage) oder Streifenleitung (Innenlage)
- Material auswählen — Voreinstellung wählen oder eigene Dielektrizitätskonstante eingeben
- Abmessungen eingeben — Leiterbahnbreite, -dicke und Dielektrikumhöhe
- Berechnen klicken — Impedanz und Übertragungsleitungsparameter erhalten
Für die meisten Designs streben Sie 50Ω (single-ended) oder 90-100Ω (differentiell) an. Passen Sie die Leiterbahnbreite an, um Ihre Zielimpedanz zu erreichen.
Impedanztheorie
Der Wellenwiderstand (Z₀) bestimmt, wie sich elektromagnetische Wellen entlang einer Leiterbahn ausbreiten. Fehlanpassungen verursachen Signalreflexionen, die zu Überschwingen und Datenfehlern führen.
Warum Impedanzkontrolle wichtig ist
- Signalintegrität: Angepasste Impedanzen minimieren Reflexionen
- Hochgeschwindigkeitsdesign: Kritisch für Signale über ~50 MHz
- HF-Schaltungen: Erforderlich für Antennen, Filter und Anpassnetzwerke
- Differenzielle Paare: USB, HDMI, Ethernet erfordern spezifische Impedanz
Mikrostreifen-Formel (Wheeler/IPC-2141)
Wichtige Parameter
| Leiterbahnbreite (w) | Breitere Bahnen = niedrigere Impedanz |
| Dielektrikumhöhe (h) | Höheres Dielektrikum = höhere Impedanz |
| Dielektrizitätskonstante (εr) | Höheres εr = niedrigere Impedanz, langsamere Signale |
| Leiterbahndicke (t) | Dickere Bahnen = etwas niedrigere Impedanz |
Leiterbahntypen erklärt
Mikrostreifenleitung
Eine Mikrostreifenleitung ist eine Leiterbahn auf der Außenlage einer Platine mit einer Massefläche darunter. Sie ist die häufigste impedanzkontrollierte Struktur.
- Vorteile: Einfach herzustellen, zugänglich für Messungen
- Nachteile: Anfälliger für EMV, niedrigeres effektives εr
- Übliche Verwendung: Single-ended Signale, kurze Hochgeschwindigkeitsleitungen
Streifenleitung
Eine Streifenleitung ist eine Innenlage-Leiterbahn zwischen zwei Masseflächen. Sie bietet bessere Abschirmung, ist aber schwerer zugänglich.
- Vorteile: Bessere EMV-Abschirmung, konsistente Impedanz
- Nachteile: Schwieriger herzustellen und zu debuggen
- Übliche Verwendung: Lange Hochgeschwindigkeitsleitungen, empfindliche Signale
Gängige Materialien
| Material | εr | Anwendung |
|---|---|---|
| FR-4 | 4,2-4,8 | Standard-Platinen, bis ~1 GHz |
| Rogers 4350B | 3,48 | HF, Mikrowelle, Hochgeschwindigkeits-Digital |
| PTFE/Teflon | 2,1 | Hochfrequenz-HF, mmWave |
| Isola IS680 | 3,17 | Hochgeschwindigkeits-Digital, niedriger Verlust |
Designtipps
Gängige Zielimpedanzen
- 50Ω Single-ended: Am häufigsten, HF-Standard
- 75Ω Single-ended: Videosignale, Kabel-TV
- 90Ω Differentiell: USB 2.0/3.0, SATA
- 100Ω Differentiell: Ethernet, PCIe, HDMI
Fertigungstoleranzen
Typische Leiterplattenhersteller garantieren ±10% Impedanztoleranz. Für engere Toleranzen (±5%) geben Sie "kontrollierte Impedanz" an und liefern Sie Zielwerte.
Best Practices
- Halten Sie eine konsistente Leiterbahnbreite über den gesamten Signalpfad
- Vermeiden Sie scharfe Ecken (verwenden Sie 45°- oder gebogene Kurven)
- Halten Sie Referenzflächen unter Hochgeschwindigkeitsleitungen durchgängig
- Berücksichtigen Sie den Lötstopplack-Effekt (kann Impedanz um 2-3Ω reduzieren)
- Überprüfen Sie mit dem Lagenaufbau Ihres Leiterplattenherstellers
Lagenaufbau-Beispiel (4 Lagen)
| Lage 1 | Signal (Mikrostreifen) | 1oz Kupfer |
| Prepreg | 7628 (8 mil) | εr ≈ 4,5 |
| Lage 2 | Massefläche | 1oz Kupfer |
| Kern | 39 mil | εr ≈ 4,2 |
| Lage 3 | Versorgungsfläche | 1oz Kupfer |
| Prepreg | 7628 (8 mil) | εr ≈ 4,5 |
| Lage 4 | Signal (Mikrostreifen) | 1oz Kupfer |
Häufig gestellte Fragen
Wie genau ist dieser Rechner?
Dieser Rechner verwendet branchenübliche Näherungen (Wheeler, IPC-2141). Die Ergebnisse liegen typischerweise innerhalb von 5% der Feldlöser-Ergebnisse für Standardgeometrien. Für kritische Designs verwenden Sie den Impedanzrechner Ihres Leiterplattenherstellers oder einen 2D-Feldlöser.
Wann benötige ich kontrollierte Impedanz?
Kontrollieren Sie die Impedanz, wenn die Leiterbahnlänge 1/10 der Signalwellenlänge überschreitet. Bei digitalen Signalen bedeutet dies typischerweise: Frequenzen über 50 MHz, Anstiegszeiten unter 1ns oder Leiterbahnlängen über 5 cm für schnelle Logik.
Was ist der Unterschied zwischen Z₀ und Zdiff?
Z₀ ist die Single-ended Impedanz (eine Bahn gegen Masse). Zdiff ist die differentielle Impedanz (zwischen zwei Bahnen). Bei locker gekoppelten Paaren: Zdiff ≈ 2 × Z₀. Bei eng gekoppelten Paaren ist Zdiff aufgrund der Kopplung niedriger.
Beeinflusst Lötstopplack die Impedanz?
Ja. Lötstopplack hat εr ≈ 3,3-4,0 und reduziert die Impedanz typischerweise um 2-3Ω. Für kritische Leiterbahnen fordern Sie Lötstopplack-Aussparungen an oder berücksichtigen Sie dies in Ihren Berechnungen.
Warum ist FR-4 εr variabel?
Die Dielektrizitätskonstante von FR-4 variiert mit: Frequenz (niedriger bei hohen Frequenzen), Harzgehalt, Glasstil und Hersteller. Standard-FR-4 liegt bei 4,2-4,8. Verwenden Sie den spezifischen Wert Ihres Herstellers für genaue Berechnungen.
Überprüfen Sie Ihre Bauteilauswahl
Nachdem Sie Ihre Bauteilwerte berechnet haben, verwenden Sie Schemalyzer zur Überprüfung Ihres Schaltplandesigns. Unsere KI-gestützte Analyse erkennt häufige Fehler und schlägt Verbesserungen vor.
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