Berechnen Sie die charakteristische Impedanz für PCB-Außenschicht-Leiterbahnen mit IPC-2141-Formeln. Enthält effektives Dk, Ausbreitungsverzögerung und Designoptimierungsempfehlungen.
Oberflächen-Mikrostreifen-Querschnitt
IPC-2141A-Formeln für die Berechnung der Oberflächen-Mikrostreifen-Impedanz
Gültig für W/H-Verhältnis zwischen 0.1 und 3.0
Typischerweise εeff ≈ 0.6 × εr bis 0.8 × εr für FR-4
Mikrostreifen-Signale sind schneller als Stripline wegen des niedrigeren effektiven Dk
Standard für HF- und Hochgeschwindigkeits-Digitalsignale. Typische Geometrie:
100Ω Differenzimpedanz für USB, HDMI, Ethernet:
Lötstopplack-Beschichtung beeinflusst die Impedanz:
Für Signale >1 Gbps:
Mikrostreifen strahlt mehr als Stripline:
Für erfolgreiche Produktion:
| Eigenschaft | Microstrip | Stripline | Koplanar-Wellenleiter |
|---|---|---|---|
| Position | Außenschicht | Innenschicht | Außenschicht |
| Referenzebenen | 1 (unten) | 2 (oben und unten) | 1 + koplanare Masse |
| Ausbreitungsverzögerung | ~145 ps/in | ~175 ps/in | ~130 ps/in |
| EMI-Strahlung | Mittel | Niedrig | Mittel |
| Impedanzkontrolle | Gut (±10%) | Ausgezeichnet (±5%) | Gut (±10%) |
| Fertigung | Einfach | Erfordert Multilayer | Mittel |
| Optimal für | HF, Hochgeschwindigkeits-Digital | Takte, empfindliche Signale | mmWave, HF-Übergänge |
Ein Mikrostreifen ist eine Art Übertragungsleitung, die aus einem leitenden Streifen besteht, der durch ein dielektrisches Substrat von einer Massefläche getrennt ist. Er befindet sich auf den Außenschichten einer Leiterplatte mit Luft über der Leiterbahn und Dielektrikum darunter. Diese asymmetrische Struktur führt zu einem quasi-TEM-Ausbreitungsmodus.
Das effektive Dk ist der gewichtete Durchschnitt der Dielektrizitätskonstanten, die vom elektrischen Feld gesehen werden. Da ein Teil des Feldes durch Luft (Er=1) und ein Teil durch das Substrat (Er=4.0-4.5 für FR-4) verläuft, ist das effektive Dk niedriger als das Substrat-Dk, typischerweise etwa 3.0-3.5 für FR-4-Mikrostreifen.
Die Mikrostreifen-Impedanz wird durch Lötmaskendicke, Feuchtigkeit und nahegelegene Komponenten beeinflusst, da sich das elektrische Feld in die Luft über der Leiterbahn ausdehnt. Stripline ist vollständig von Dielektrikum umschlossen und bietet eine konsistentere Impedanz. Fertigungsschwankungen bei der Außenschicht-Beschichtung beeinflussen Mikrostreifen ebenfalls stärker.
Für Standard-FR-4-Leiterplatten liegt die Mikrostreifen-Impedanz typischerweise zwischen 30Ω und 120Ω. Übliche Ziele sind 50Ω für asymmetrische HF-/Hochgeschwindigkeitssignale, 75Ω für Video und 85-100Ω für Differenzpaare. Unter 30Ω erfordert sehr breite Leiterbahnen; über 120Ω erfordert extrem schmale Leiterbahnen, die schwer herzustellen sind.
Lötmaske (typischerweise Er=3.5-4.0, Dicke 0.5-1.5mil) bedeckt die Mikrostreifen-Leiterbahn und senkt die Impedanz geringfügig um 2-5Ω. Dies wird als 'beschichteter Mikrostreifen' bezeichnet. Für präzise Impedanzkontrolle spezifizieren Sie Lötmaskenöffnungen über kontrollierten Impedanz-Leiterbahnen oder berücksichtigen Sie die Beschichtung in den Berechnungen.
Innenschicht-Leiterbahnen mit dualen Referenzebenen.
100Ω-Paare für USB, HDMI, PCIe.
HF- und mmWave-Anwendungen.
Alle Impedanzgleichungen erklärt.
90Ω differenziell
PCIe85Ω differenziell
Ethernet100Ω differenziell
HDMI100Ω TMDS
DDR540Ω Single-Ended