Calculer l'impédance caractéristique pour les traces PCB de couche externe en utilisant les équations fermées IPC-2141. Inclut Dk effectif, délai de propagation et recommandations d'optimisation de conception.
Section transversale Microstrip de surface
Équations fermées IPC-2141A pour le calcul d'impédance microstrip de surface
Valide pour un rapport W/H entre 0.1 et 3.0
Typiquement εeff ≈ 0.6 × εr à 0.8 × εr pour FR-4
Les signaux microstrip voyagent plus vite que le stripline en raison du Dk effectif plus faible
Standard pour les signaux RF et numériques haute vitesse. Géométrie typique :
Impédance différentielle 100Ω pour USB, HDMI, Ethernet :
Le revêtement de vernis épargne affecte l'impédance :
Pour les signaux >1 Gbps :
Le microstrip rayonne plus que le stripline :
Pour une production réussie :
| Propriété | Microstrip | Stripline | Guide d'ondes coplanaire |
|---|---|---|---|
| Emplacement | Couche externe | Couche interne | Couche externe |
| Plans de référence | 1 (en dessous) | 2 (dessus et dessous) | 1 + masses coplanaires |
| Délai de propagation | ~145 ps/in | ~175 ps/in | ~130 ps/in |
| Rayonnement EMI | Modéré | Faible | Modéré |
| Contrôle d'impédance | Bon (±10%) | Excellent (±5%) | Bon (±10%) |
| Fabrication | Facile | Nécessite multicouche | Modéré |
| Idéal pour | RF, numérique haute vitesse | Horloges, signaux sensibles | mmWave, transitions RF |
Un microstrip est un type de ligne de transmission constitué d'une piste conductrice séparée d'un plan de masse par un substrat diélectrique. Il est situé sur les couches externes d'un PCB avec de l'air au-dessus de la trace et du diélectrique en dessous. Cette structure asymétrique entraîne un mode de propagation quasi-TEM.
Le Dk effectif est la moyenne pondérée des constantes diélectriques vues par le champ électrique. Comme une partie du champ passe dans l'air (Er=1) et une partie dans le substrat (Er=4.0-4.5 pour FR-4), le Dk effectif est inférieur au Dk du substrat, généralement autour de 3.0-3.5 pour les microstrips FR-4.
L'impédance microstrip est affectée par l'épaisseur du vernis épargne, l'humidité et les composants à proximité car le champ électrique s'étend dans l'air au-dessus de la trace. Le stripline est entièrement enfermé par le diélectrique, offrant une impédance plus cohérente. Les variations de fabrication du placage de la couche externe affectent également davantage le microstrip.
Pour les PCB FR-4 standard, l'impédance microstrip varie généralement de 30Ω à 120Ω. Les cibles courantes sont 50Ω pour les signaux RF/haute vitesse asymétriques, 75Ω pour la vidéo et 85-100Ω pour les paires différentielles. Descendre en dessous de 30Ω nécessite des traces très larges ; au-dessus de 120Ω nécessite des traces extrêmement étroites difficiles à fabriquer.
Le vernis épargne (généralement Er=3.5-4.0, épaisseur 0.5-1.5mil) recouvre la trace microstrip et abaisse légèrement l'impédance de 2-5Ω. Cela s'appelle 'microstrip revêtu'. Pour un contrôle d'impédance précis, spécifiez des ouvertures de vernis épargne sur les traces d'impédance contrôlée ou tenez compte du revêtement dans les calculs.
Traces de couche interne avec plans de référence doubles.
Paires 100Ω pour USB, HDMI, PCIe.
Applications RF et mmWave.
Toutes les équations d'impédance expliquées.
90Ω différentiel
PCIe85Ω différentiel
Ethernet100Ω différentiel
HDMI100Ω TMDS
DDR540Ω asymétrique