PCB 阻抗計算器

分類：科技
- 2025年06月04日
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計算高頻設計的PCB傳輸線特性阻抗。支援微帶線、帶狀線、差分對及共平面波導。

傳輸線類型

PCB材料特性

FR-4: 4.0-4.7, 聚酰亞胺: 3.2-3.5
FR-4: 0.01-0.025, Rogers: 0.001-0.004
信號頻率影響損耗

走線尺寸

1 盎司 ≈ 35 μm (0.035 mm)
從走線到接地平面的距離

進階選項

Ω
標準值: 50Ω 單端, 100Ω 差分

PCB阻抗控制理論

控制PCB走線的阻抗對於高頻設計中的信號完整性至關重要。傳輸線的特性阻抗取決於走線幾何形狀、介電特性和周圍的參考平面。

影響阻抗的關鍵因素
  • 走線寬度 (W): 寬走線具有較低的阻抗
  • 介電高度 (H): 到參考平面的距離越大，阻抗越高
  • 介電常數 (εr): 較高的介電常數會降低阻抗
  • 銅厚 (T): 較厚的銅會稍微降低阻抗
  • 走線間距 (S): 對於差分對，較寬的間距會增加阻抗
傳輸線類型
  • 微帶線: 外層的走線，具有單一參考平面
  • 帶狀線: 內層的走線，位於兩個參考平面之間
  • 差分對: 兩條緊密耦合的走線，攜帶相反的信號
  • 共平面波導: 走線與相鄰的共平面接地平面
PCB設計中的阻抗控制
  • 常見值: 50Ω (單端), 100Ω (差分)
  • 製造公差: 通常在阻抗控制板上為±10%
  • 信號反射: 當阻抗沿走線變化時發生
  • 頻率效應: 阻抗計算假設TEM模式傳播
  • 場解算器: 對於複雜幾何形狀，2D/3D場解算器提供更準確的結果

免責聲明: 此計算器使用行業標準的近似公式。雖然這些公式為大多數設計提供了良好的估算，但可能無法捕捉所有二次效應。對於關鍵的高頻設計，考慮使用2D/3D場解算器或通過測試進行驗證。製造變異將影響最終阻抗。

什麼是 PCB 阻抗計算器？

PCB 阻抗計算器是一個實用的網頁工具，幫助工程師、設計師和電子愛好者計算印刷電路板 (PCB) 路徑的特徵阻抗。這在高速數位和射頻 (RF) 設計中至關重要，因為保持一致的阻抗對於信號完整性和性能至關重要。

無論您是在設計微帶線、帶狀線、差分對或共面波導，這個計算器都能提供準確的估算，而無需專用的場解算器或專業軟體。它支持常見材料，如 FR-4、Rogers 和特氟龍，並提供自定義屬性和尺寸的選項。

為什麼阻抗在 PCB 設計中很重要

一致的阻抗確保最小的信號反射、減少串擾，並在高頻下實現更清晰的數據傳輸。如果路徑阻抗與驅動器或接收器的阻抗不匹配，信號可能會反彈，導致失真或信息丟失。

  • 改善高速應用中的信號質量
  • 防止 USB、HDMI 和以太網等介面中的通信錯誤
  • 確保符合行業設計標準

如何使用計算器

按照以下步驟計算您的 PCB 路徑的阻抗：

  1. 選擇傳輸線類型：從微帶線、帶狀線、差分對或共面波導中選擇。
  2. 輸入材料屬性：選擇預設（例如 FR-4 或 Rogers）或輸入自定義介電常數 (εr) 和損耗切線。
  3. 設置頻率：以 MHz 或 GHz 輸入您的信號頻率。
  4. 填寫路徑尺寸：包括路徑寬度、厚度、介電高度和間距（如適用）。
  5. 選擇進階選項：設置目標阻抗，並選擇查看場解算器比較和方程式（如需要）。
  6. 點擊「計算阻抗」：立即查看阻抗、有效介電常數、損耗估算和視覺路徑佈局。

關鍵阻抗公式

微帶線 (W/H ≤ 1)：
\( Z_0 = \frac{87}{\sqrt{\varepsilon_r + 1.41}} \ln\left( \frac{5.98H}{0.8W + T} \right) \)
帶狀線 (對稱)：
\( Z_0 = \frac{60}{\sqrt{\varepsilon_r}} \ln\left( \frac{4H}{\pi(W + 1.1T)} \right) \)
差分對：
\( Z_{diff} = 2 \cdot Z_{single} \cdot (1 + k) \)

您在結果中會看到什麼

  • 計算的阻抗：以歐姆 (Ω) 為單位，並視覺指示其是否接近您的目標值
  • 傳播速度和波長：有助於確定高頻下的傳輸線行為
  • 損耗估算：導體和介電損耗的詳細分解（以 dB/m 為單位）
  • 橫截面可視化：路徑及其周圍材料的圖形佈局
  • 公差分析：顯示製造變異如何影響阻抗

誰能從這個工具中受益？

這個計算器對以下人員特別有用：

  • 優化路徑寬度以滿足 50Ω 或 100Ω 要求的 PCB 設計師
  • 為 USB、HDMI 或 LVDS 信號創建差分對的工程師
  • 學習傳輸線和電磁理論的學生
  • 任何進行 檔案傳輸時間 或 數據速率分析 的人，因為路徑設計影響信號時序

它也作為更廣泛工具集的一部分，包括帶寬計算、iMac 計算工具進行模擬，以及在處理連接嵌入式系統時的網路速度估算器。

常見問題 – FAQ

  • 什麼是特徵阻抗？
    它是信號沿傳輸線傳播時所見的阻抗。匹配它可確保最小的信號反射。
  • 標準阻抗是多少？
    大多數單端路徑設計為 50Ω，而差分對則目標為 100Ω。
  • 支持哪些材料？
    支持 FR-4、Rogers 4350、特氟龍/PTFE 和自定義條目。這些會影響介電常數和損耗切線。
  • 我需要手動更改單位嗎？
    不需要。計算器會自動處理 mm、mil、oz、GHz 和 MHz 等單位。
  • 這個準確嗎？
    它使用行業標準公式並包括場解算器比較。對於高度關鍵的設計，仍建議使用模擬工具或實驗室測量。

總結

PCB 阻抗計算器是任何工程師工具箱中的寶貴補充。它允許快速分析路徑設計，幫助避免信號傳輸中的問題，並確保高速電路達到設計目標。無論您是將其與其他工具（如下載速度估算器、傳輸時間計算器或 iMac 桌面系統性能檢查）一起使用，這個計算器簡化了 PCB 設計中的一個關鍵部分。