PCB阻抗计算器
计算微带线和带状线PCB走线的特性阻抗。对于高速数字和射频设计至关重要。
计算器
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
使用说明
这款PCB阻抗计算器可帮助您设计用于高速数字和射频应用的阻抗控制走线。
- 选择走线类型 — 微带线（外层）或带状线（内层）
- 选择材料 — 选择预设或输入自定义介电常数
- 输入尺寸 — 走线宽度、厚度和介质高度
- 点击计算 — 获取阻抗和传输线参数
对于大多数设计，目标为50Ω（单端）或90-100Ω（差分）。 调整走线宽度以达到目标阻抗。
阻抗理论
特性阻抗（Z₀）决定了电磁波如何沿PCB走线传播。 阻抗不匹配会导致信号反射，引起振铃、过冲和数据错误。
为什么阻抗控制很重要
- 信号完整性：匹配的阻抗最小化反射
- 高速设计：对于~50 MHz以上的信号至关重要
- 射频电路：天线、滤波器和匹配网络所必需
- 差分对：USB、HDMI、以太网需要特定阻抗
微带线公式（Wheeler/IPC-2141）
关键参数
| 走线宽度 (w) | 走线越宽 = 阻抗越低 |
| 介质高度 (h) | 介质越高 = 阻抗越高 |
| 介电常数 (εr) | εr越高 = 阻抗越低，信号越慢 |
| 走线厚度 (t) | 走线越厚 = 阻抗略低 |
走线类型说明
微带线
微带线是PCB外层上的走线，下方有一个接地平面。 这是最常见的阻抗控制结构。
- 优点：制造简单，便于探测
- 缺点：更容易受到EMI影响，有效εr较低
- 常见用途：单端信号，短距离高速走线
带状线
带状线是夹在两个接地平面之间的内层走线。 它提供更好的屏蔽效果，但更难访问。
- 优点：更好的EMI屏蔽，一致的阻抗
- 缺点：制造和调试更困难
- 常见用途：长距离高速走线，敏感信号
常见材料
| 材料 | εr | 应用 |
|---|---|---|
| FR-4 | 4.2-4.8 | 标准PCB，最高~1 GHz |
| Rogers 4350B | 3.48 | 射频、微波、高速数字 |
| PTFE/特氟龙 | 2.1 | 高频射频、毫米波 |
| Isola IS680 | 3.17 | 高速数字、低损耗 |
设计技巧
常见目标阻抗
- 50Ω 单端：最常见，射频标准
- 75Ω 单端：视频信号，有线电视
- 90Ω 差分：USB 2.0/3.0、SATA
- 100Ω 差分：以太网、PCIe、HDMI
制造公差
典型PCB制造商保证±10%的阻抗公差。对于更严格的公差（±5%）， 请指定"阻抗控制"并提供目标值。
最佳实践
- 在整个信号路径中保持一致的走线宽度
- 避免尖角（使用45°或弧形弯角）
- 保持高速走线下方的参考平面完整
- 考虑阻焊层的影响（可能降低2-3Ω阻抗）
- 与PCB制造商的叠层结构核实
叠层示例（4层）
| 第1层 | 信号（微带线） | 1oz 铜 |
| 半固化片 | 7628 (8 mil) | εr ≈ 4.5 |
| 第2层 | 接地平面 | 1oz 铜 |
| 芯板 | 39 mil | εr ≈ 4.2 |
| 第3层 | 电源平面 | 1oz 铜 |
| 半固化片 | 7628 (8 mil) | εr ≈ 4.5 |
| 第4层 | 信号（微带线） | 1oz 铜 |
常见问题
这个计算器有多准确？
该计算器使用行业标准近似公式（Wheeler、IPC-2141）。 对于标准几何形状，结果通常在场求解器结果的5%以内。 对于关键设计，请使用PCB制造商的阻抗计算器或2D场求解器。
什么时候需要阻抗控制？
当走线长度超过信号波长的1/10时，需要控制阻抗。 对于数字信号，这通常意味着：频率高于50 MHz， 上升时间小于1ns，或快速逻辑的走线长度超过5cm。
Z₀和Zdiff有什么区别？
Z₀是单端阻抗（一条走线到地）。Zdiff是差分阻抗（两条走线之间）。 对于松耦合对：Zdiff ≈ 2 × Z₀。 对于紧耦合对：由于耦合，Zdiff较低。
阻焊层会影响阻抗吗？
会。阻焊层的εr ≈ 3.3-4.0，通常会使阻抗降低2-3Ω。 对于关键走线，请要求阻焊开窗或在计算中考虑这一影响。
为什么FR-4的εr是可变的？
FR-4的介电常数因以下因素而变化：频率（高频时较低）、 树脂含量、玻璃布类型和制造商。标准FR-4为4.2-4.8。 使用制造商提供的具体值进行精确计算。