PCBインピーダンス計算機
マイクロストリップおよびストリップラインPCBトレースの特性インピーダンスを計算します。高速デジタルおよびRF設計に不可欠です。
計算機
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
使い方
このPCBインピーダンス計算機は、高速デジタルおよびRFアプリケーション向けの インピーダンス制御トレースの設計に役立ちます。
- トレースタイプを選択 — マイクロストリップ（外層）またはストリップライン（内層）
- 材料を選択 — プリセットを選択するか、カスタム誘電率を入力
- 寸法を入力 — トレース幅、厚さ、誘電体高さ
- 計算をクリック — インピーダンスと伝送線路パラメータを取得
ほとんどの設計では、50Ω（シングルエンド）または90-100Ω（差動）を目指してください。 目標インピーダンスを達成するためにトレース幅を調整します。
インピーダンス理論
特性インピーダンス（Z₀）は、PCBトレースに沿って電磁波がどのように伝搬するかを決定します。 インピーダンスの不整合は信号の反射を引き起こし、リンギング、オーバーシュート、 データエラーにつながります。
インピーダンス制御が重要な理由
- 信号品質: 整合されたインピーダンスは反射を最小化
- 高速設計: ~50 MHz以上の信号で重要
- RF回路: アンテナ、フィルター、整合回路に必要
- 差動ペア: USB、HDMI、Ethernetは特定のインピーダンスが必要
マイクロストリップの公式（Wheeler/IPC-2141）
主要パラメータ
| トレース幅 (w) | 幅が広い = インピーダンスが低い |
| 誘電体高さ (h) | 高さが高い = インピーダンスが高い |
| 誘電率 (εr) | εrが高い = インピーダンスが低い、信号が遅い |
| トレース厚さ (t) | 厚い = わずかにインピーダンスが低い |
トレースタイプの説明
マイクロストリップ
マイクロストリップは、下にグランドプレーンがあるPCBの外層のトレースです。 最も一般的なインピーダンス制御構造です。
- 利点: 製造が容易、プローブでアクセス可能
- 欠点: EMIの影響を受けやすい、実効εrが低い
- 一般的な用途: シングルエンド信号、短い高速トレース
ストリップライン
ストリップラインは、2つのグランドプレーンに挟まれた内層トレースです。 より良いシールドを提供しますが、アクセスが困難です。
- 利点: EMIシールドが優れている、一貫したインピーダンス
- 欠点: 製造とデバッグが難しい
- 一般的な用途: 長い高速トレース、敏感な信号
一般的な材料
| 材料 | εr | 用途 |
|---|---|---|
| FR-4 | 4.2-4.8 | 標準PCB、~1 GHzまで |
| Rogers 4350B | 3.48 | RF、マイクロ波、高速デジタル |
| PTFE/テフロン | 2.1 | 高周波RF、mmWave |
| Isola IS680 | 3.17 | 高速デジタル、低損失 |
設計のヒント
一般的な目標インピーダンス
- 50Ω シングルエンド: 最も一般的、RF標準
- 75Ω シングルエンド: ビデオ信号、ケーブルTV
- 90Ω 差動: USB 2.0/3.0、SATA
- 100Ω 差動: Ethernet、PCIe、HDMI
製造公差
一般的なPCBメーカーは±10%のインピーダンス公差を保証します。より厳しい公差（±5%） の場合は、「インピーダンス制御」を指定し、目標値を提供してください。
ベストプラクティス
- 信号経路全体で一貫したトレース幅を維持
- 鋭角を避ける（45°または曲線を使用）
- 高速トレースの下のリファレンスプレーンを確実に
- ソルダーマスクの影響を考慮（インピーダンスを2-3Ω下げる可能性）
- PCBメーカーのスタックアップで確認
スタックアップ例（4層）
| レイヤー1 | 信号（マイクロストリップ） | 1oz 銅 |
| プリプレグ | 7628 (8 mil) | εr ≈ 4.5 |
| レイヤー2 | グランドプレーン | 1oz 銅 |
| コア | 39 mil | εr ≈ 4.2 |
| レイヤー3 | 電源プレーン | 1oz 銅 |
| プリプレグ | 7628 (8 mil) | εr ≈ 4.5 |
| レイヤー4 | 信号（マイクロストリップ） | 1oz 銅 |
よくある質問
この計算機はどの程度正確ですか？
この計算機は業界標準の近似式（Wheeler、IPC-2141）を使用しています。 結果は標準的な形状に対してフィールドソルバーの結果から通常5%以内です。 重要な設計では、PCBメーカーのインピーダンス計算機または2Dフィールドソルバーを 使用してください。
いつインピーダンス制御が必要ですか？
トレース長が信号波長の1/10を超える場合にインピーダンスを制御してください。 デジタル信号の場合、これは通常、50 MHz以上の周波数、1ns未満の立ち上がり時間、 または高速ロジックで5cm以上のトレース長を意味します。
Z₀とZdiffの違いは何ですか？
Z₀はシングルエンドインピーダンス（1本のトレースとグランド間）です。 Zdiffは差動インピーダンス（2本のトレース間）です。 疎結合ペアの場合：Zdiff ≈ 2 × Z₀。 密結合ペアの場合：結合によりZdiffは低くなります。
ソルダーマスクはインピーダンスに影響しますか？
はい。ソルダーマスクはεr ≈ 3.3-4.0で、通常インピーダンスを2-3Ω低下させます。 重要なトレースの場合は、ソルダーマスク開口部をリクエストするか、 計算に考慮してください。
なぜFR-4のεrは可変なのですか？
FR-4の誘電率は以下により変化します：周波数（高周波で低下）、樹脂含有量、 ガラススタイル、メーカー。標準FR-4は4.2-4.8です。 正確な計算にはメーカー固有の値を使用してください。