Calcule a impedância característica para traços PCB de camada externa usando equações fechadas IPC-2141. Inclui Dk efetivo, atraso de propagação e recomendações de otimização de design.
Seção transversal Microstrip de superfície
Equações fechadas IPC-2141A para cálculo de impedância microstrip de superfície
Válido para relação W/H entre 0.1 e 3.0
Tipicamente εeff ≈ 0.6 × εr a 0.8 × εr para FR-4
Os sinais microstrip viajam mais rápido que stripline devido à Dk efetiva mais baixa
Padrão para sinais RF e digitais de alta velocidade. Geometria típica:
Impedância diferencial 100Ω para USB, HDMI, Ethernet:
O revestimento de máscara de solda afeta a impedância:
Para sinais >1 Gbps:
O microstrip irradia mais que o stripline:
Para sucesso de produção:
| Propriedade | Microstrip | Stripline | Guia de Onda Coplanar |
|---|---|---|---|
| Localização | Camada externa | Camada interna | Camada externa |
| Planos de Referência | 1 (abaixo) | 2 (acima e abaixo) | 1 + terras coplanares |
| Atraso de Propagação | ~145 ps/in | ~175 ps/in | ~130 ps/in |
| Radiação EMI | Moderado | Baixo | Moderado |
| Controle de Impedância | Bom (±10%) | Excelente (±5%) | Bom (±10%) |
| Fabricação | Fácil | Requer multicamadas | Moderado |
| Melhor Para | RF, Digital de alta velocidade | Clocks, sinais sensíveis | mmWave, transições RF |
Um microstrip é um tipo de linha de transmissão que consiste em uma faixa condutora separada de um plano de terra por um substrato dielétrico. Está localizado nas camadas externas de uma PCB com ar acima do traço e dielétrico abaixo. Esta estrutura assimétrica resulta em um modo de propagação quase-TEM.
A Dk efetiva é a média ponderada das constantes dielétricas vistas pelo campo elétrico. Como parte do campo passa através do ar (Er=1) e parte através do substrato (Er=4.0-4.5 para FR-4), a Dk efetiva é menor que a Dk do substrato, tipicamente em torno de 3.0-3.5 para microstrips FR-4.
A impedância microstrip é afetada pela espessura da máscara de solda, umidade e componentes próximos porque o campo elétrico se estende para o ar acima do traço. A stripline é totalmente envolta por dielétrico, fornecendo impedância mais consistente. Variações de fabricação no revestimento da camada externa também afetam mais o microstrip.
Para PCBs FR-4 padrão, a impedância microstrip tipicamente varia de 30Ω a 120Ω. Alvos comuns são 50Ω para sinais RF/alta velocidade de extremidade única, 75Ω para vídeo e 85-100Ω para pares diferenciais. Abaixo de 30Ω requer traços muito largos; acima de 120Ω requer traços extremamente estreitos que são difíceis de fabricar.
A máscara de solda (tipicamente Er=3.5-4.0, espessura 0.5-1.5mil) cobre o traço microstrip e reduz ligeiramente a impedância em 2-5Ω. Isso é chamado de 'microstrip revestido'. Para controle de impedância preciso, especifique aberturas de máscara de solda sobre traços de impedância controlada ou considere o revestimento nos cálculos.
Inner layer traces with dual reference planes.
Pares 100Ω para USB, HDMI, PCIe.
Aplicações RF e mmWave.
Todas as equações de impedância explicadas.
90Ω diferencial
PCIe85Ω diferencial
Ethernet100Ω diferencial
HDMI100Ω TMDS
DDR540Ω de extremidade única