Расчет волнового сопротивления дорожек на печатной плате (PCB)
При проектировании высокоскоростных цифровых схем и ВЧ-устройств (RF) контроль импеданса является критически важным фактором. Микрополосковая линия (Microstrip Line) — это самый распространенный тип линии передачи, представляющий собой проводник определенной ширины, расположенный над слоем земли (Ground Plane) и отделенный от него диэлектриком.
Наш онлайн-калькулятор позволяет мгновенно рассчитать характеристическое сопротивление ($Z_0$), а также погонную емкость, индуктивность и время задержки сигнала.
Входные параметры для расчета
Точность вычислений зависит от правильности ввода физических параметров вашей платы. Используйте данные из спецификации (datasheet) производителя вашего текстолита (например, FR-4 или Rogers).
| Параметр | Обозначение | Описание |
| Ширина дорожки | $w$ | Ширина медного проводника на верхнем слое. |
| Высота диэлектрика | $h$ | Толщина слоя изоляции между дорожкой и опорным слоем (землей). |
| Толщина меди | $t$ | Толщина металлизации. Стандартная 1 oz $\approx$ 0.035 мм (35 мкм). |
| Диэлектрическая проницаемость | $\varepsilon_r$ (Dk) | Характеристика материала подложки (FR-4 $\approx$ 4.5, Polyimide $\approx$ 3.5). |
Методы расчета: IPC-2141 vs Hammerstad
Наш инструмент поддерживает два алгоритма, покрывая потребности как для быстрой оценки, так и для точного моделирования.
1. Стандарт IPC-2141
Это классическая, упрощенная формула, рекомендованная Ассоциацией производителей электроники. Она обеспечивает достаточную точность для большинства стандартных задач, где $0.1 < w/h < 2.0$.
$$Z_0 = \frac{87}{\sqrt{\varepsilon_r + 1.41}} \ln \left( \frac{5.98 \cdot h}{0.8 \cdot w + t} \right)$$
2. Метод Хаммерстада и Йенсена (Hammerstad & Jensen)
Более сложный и точный алгоритм. Он учитывает частотную дисперсию и эффективную диэлектрическую проницаемость ($\varepsilon_{eff}$). Мы рекомендуем использовать этот метод для высокочастотных цепей и случаев, когда ширина дорожки ($w$) значительно превышает высоту диэлектрика ($h$).
Этот метод также вычисляет Эффективную диэлектрическую проницаемость ($\varepsilon_{eff}$), так как часть электрического поля распространяется в диэлектрике, а часть — в воздухе.
Дополнительные выходные данные
Помимо импеданса, калькулятор предоставляет важные данные для целостности сигнала (Signal Integrity):
- Задержка распространения ($T_{pd}$): Время, за которое сигнал проходит единицу длины проводника. Критично для выравнивания длин дорожек (length matching) в шинах DDR или дифференциальных парах.
- Погонная индуктивность ($L_0$) и Емкость ($C_0$): Параметры, необходимые для SPICE-моделирования линии передачи.
$$T_{pd} = \frac{\sqrt{\varepsilon_{eff}}}{c}$$
(где $c$ — скорость света в вакууме)