Calculadora Impedancia PCB
Calcule la impedancia característica para pistas PCB microstrip y stripline. Esencial para diseño digital de alta velocidad y RF.
Calculadora
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
Cómo Usar Esta Calculadora
Esta calculadora de impedancia de PCB le ayuda a diseñar pistas con impedancia controlada para aplicaciones digitales de alta velocidad y RF.
- Seleccione el Tipo de Pista — Microstrip (capa externa) o stripline (capa interna)
- Elija el Material — Seleccione un preset o ingrese la constante dieléctrica
- Ingrese las Dimensiones — Ancho de pista, espesor y altura del dieléctrico
- Haga Clic en Calcular — Obtenga la impedancia y parámetros de línea de transmisión
Para la mayoría de los diseños, apunte a 50Ω (single-ended) o 90-100Ω (diferencial). Ajuste el ancho de pista para lograr su impedancia objetivo.
Teoría de Impedancia
La impedancia característica (Z₀) determina cómo se propagan las ondas electromagnéticas a lo largo de una pista de PCB. Las impedancias desajustadas causan reflexiones de señal, lo que lleva a oscilaciones, sobreimpulsos y errores de datos.
Por Qué Importa el Control de Impedancia
- Integridad de Señal: Las impedancias ajustadas minimizan las reflexiones
- Diseño de Alta Velocidad: Crítico para señales superiores a ~50 MHz
- Circuitos RF: Requerido para antenas, filtros y redes de adaptación
- Pares Diferenciales: USB, HDMI, Ethernet requieren impedancia específica
Fórmula Microstrip (Wheeler/IPC-2141)
Parámetros Clave
| Ancho de Pista (w) | Pistas más anchas = menor impedancia |
| Altura del Dieléctrico (h) | Dieléctrico más alto = mayor impedancia |
| Constante Dieléctrica (εr) | Mayor εr = menor impedancia, señales más lentas |
| Espesor de Pista (t) | Pistas más gruesas = impedancia ligeramente menor |
Tipos de Pistas Explicados
Microstrip
Un microstrip es una pista en la capa externa de un PCB con un plano de tierra debajo. Es la estructura de impedancia controlada más común.
- Ventajas: Fácil de fabricar, accesible para mediciones
- Desventajas: Más susceptible a EMI, menor εr efectivo
- Uso Común: Señales single-ended, pistas cortas de alta velocidad
Stripline
Un stripline es una pista de capa interna entre dos planos de tierra. Proporciona mejor blindaje pero es más difícil de acceder.
- Ventajas: Mejor blindaje EMI, impedancia consistente
- Desventajas: Más difícil de fabricar y depurar
- Uso Común: Pistas largas de alta velocidad, señales sensibles
Materiales Comunes
| Material | εr | Aplicación |
|---|---|---|
| FR-4 | 4.2-4.8 | PCBs estándar, hasta ~1 GHz |
| Rogers 4350B | 3.48 | RF, microondas, digital de alta velocidad |
| PTFE/Teflón | 2.1 | RF de alta frecuencia, mmWave |
| Isola IS680 | 3.17 | Digital de alta velocidad, baja pérdida |
Consejos de Diseño
Impedancias Objetivo Comunes
- 50Ω Single-ended: Más común, estándar RF
- 75Ω Single-ended: Señales de video, TV por cable
- 90Ω Diferencial: USB 2.0/3.0, SATA
- 100Ω Diferencial: Ethernet, PCIe, HDMI
Tolerancias de Fabricación
Los fabricantes típicos de PCB garantizan ±10% de tolerancia de impedancia. Para tolerancias más estrictas (±5%), especifique "impedancia controlada" y proporcione valores objetivo.
Mejores Prácticas
- Mantenga un ancho de pista consistente a lo largo del camino de señal
- Evite esquinas agudas (use curvas de 45° o redondeadas)
- Mantenga planos de referencia sólidos bajo pistas de alta velocidad
- Considere el efecto de la máscara de soldadura (puede reducir la impedancia 2-3Ω)
- Verifique con el stackup de su fabricante de PCB
Ejemplo de Stackup (4 Capas)
| Capa 1 | Señal (microstrip) | 1oz cobre |
| Prepreg | 7628 (8 mil) | εr ≈ 4.5 |
| Capa 2 | Plano de tierra | 1oz cobre |
| Núcleo | 39 mil | εr ≈ 4.2 |
| Capa 3 | Plano de alimentación | 1oz cobre |
| Prepreg | 7628 (8 mil) | εr ≈ 4.5 |
| Capa 4 | Señal (microstrip) | 1oz cobre |
Preguntas Frecuentes
¿Qué tan precisa es esta calculadora?
Esta calculadora utiliza aproximaciones estándar de la industria (Wheeler, IPC-2141). Los resultados están típicamente dentro del 5% de los resultados del solucionador de campo para geometrías estándar. Para diseños críticos, use la calculadora de impedancia de su fabricante de PCB o un solucionador de campo 2D.
¿Cuándo necesito impedancia controlada?
Controle la impedancia cuando la longitud de la pista exceda 1/10 de la longitud de onda de la señal. Para señales digitales, esto típicamente significa: frecuencias superiores a 50 MHz, tiempos de subida menores a 1ns, o longitudes de pista mayores a 5 cm para lógica rápida.
¿Cuál es la diferencia entre Z₀ y Zdiff?
Z₀ es la impedancia single-ended (una pista a tierra). Zdiff es la impedancia diferencial (entre dos pistas). Para pares poco acoplados: Zdiff ≈ 2 × Z₀. Para pares muy acoplados: Zdiff es menor debido al acoplamiento.
¿Afecta la máscara de soldadura a la impedancia?
Sí. La máscara de soldadura tiene εr ≈ 3.3-4.0 y típicamente reduce la impedancia en 2-3Ω. Para pistas críticas, solicite aberturas en la máscara de soldadura o considérelo en sus cálculos.
¿Por qué es variable el εr de FR-4?
La constante dieléctrica de FR-4 varía con: frecuencia (menor a alta frecuencia), contenido de resina, estilo de vidrio y fabricante. El FR-4 estándar es 4.2-4.8. Use el valor específico de su fabricante para cálculos precisos.
Verifique su Selección de Componentes
Después de calcular los valores de sus componentes, use Schemalyzer para verificar su diseño de esquemático. Nuestro análisis impulsado por IA detecta errores comunes y sugiere mejoras.
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