PCB

Calculadora de diferencial mediante

Calcule la resonancia del stub y la pérdida de inserción de un par de vías diferencial: la muesca del stub que domina una transición de vía mucho antes de que importen las pérdidas del conductor y del dieléctrico.

Loading calculator...

Referencia de Fórmula

f_{res} \le \frac{c}{4 L_{stub}\sqrt{\varepsilon_r}},\qquad \alpha_c \le \frac{R_s\left(1/d + 1/D\right)}{\pi Z_{dense}},\qquad Z_{dense} = \frac{\eta_0}{\pi\sqrt{\varepsilon_r}}\ln\frac{D}{d}

Ref: Stub loading from S₂₁ of a shunt admittance; the coaxial conductor loss α_c = R_s(1/a + 1/b)/(2η·ln(b/a)) (Pozar, Microwave Engineering, 4th ed., §2.7); the field solution of openspec fix-calculator-formulas-followup (2026-10-12). A via transition is three-dimensional — see the linked full-wave tool.

f_res— Primera resonancia del stub, cota superior sin carga (GHz)

d— Diámetro del barril terminado (mm)

D— Diámetro del antipad (mm)

L_stub— Barril sin usar por debajo de la capa de salida (mm)

R_s— Resistencia superficial del cobre, √(πfµ₀/σ) (Ω)

Z_dense— Límite de planos densos: dos barriles, cada uno dentro de su propia pared coaxial (Ω)

Fórmula

f_{res} \le \frac{c}{4 L_{stub}\sqrt{\varepsilon_r}},\qquad \alpha_c \le \frac{R_s\left(1/d + 1/D\right)}{\pi Z_{dense}},\qquad Z_{dense} = \frac{\eta_0}{\pi\sqrt{\varepsilon_r}}\ln\frac{D}{d}

Referencia: Stub loading from S₂₁ of a shunt admittance; the coaxial conductor loss α_c = R_s(1/a + 1/b)/(2η·ln(b/a)) (Pozar, Microwave Engineering, 4th ed., §2.7); the field solution of openspec fix-calculator-formulas-followup (2026-10-12). A via transition is three-dimensional — see the linked full-wave tool.

f_res— Primera resonancia del stub, cota superior sin carga (GHz)

d— Diámetro del barril terminado (mm)

D— Diámetro del antipad (mm)

L_stub— Barril sin usar por debajo de la capa de salida (mm)

R_s— Resistencia superficial del cobre, √(πfµ₀/σ) (Ω)

Z_dense— Límite de planos densos: dos barriles, cada uno dentro de su propia pared coaxial (Ω)

η₀— Impedancia del espacio libre, µ₀·c = 376,730313668 Ω (Ω)

Cómo Funciona

Una transición de vía es la parte menos controlada de un canal por lo demás de impedancia controlada. La pista se mantiene dentro de unos pocos por ciento; la vía es lo que resulte de la broca y del antipad. Esta calculadora da la cifra que más a menudo decide si eso importa: la pérdida de inserción que cuesta el par en una banda y la resonancia del stub que hay detrás.

No indica la impedancia del par, porque las dimensiones de la vía no la determinan. Una solución de campo de tres geometrías de vía, resuelta en tres dimensiones con los planos en su sitio y contrastada con una simulación de onda completa, muestra que la impedancia diferencial varía con la separación de los planos que atraviesa la vía: para un barril de 0,25 mm en un antipad de 0,9 mm con un paso de 0,8 mm es de 85,6 Ω con planos separados 0,1 mm y de 96,0 Ω con planos separados 1,0 mm. Los planos añaden capacidad en cada borde de orificio sin cambiar la inductancia, así que ninguna fórmula basada solo en el barril, el antipad y el paso queda dentro del 10 % en todos los casos. Para la impedancia, simule su apilamiento con la herramienta de onda completa enlazada.

La pérdida la domina algo que nada tiene que ver con la resistencia de la propia vía. Por debajo de la capa por la que sale la señal, el barril ya no transporta señal pero sigue conectado: un stub en circuito abierto colgado del camino de paso. Una admitancia en paralelo sobre una línea produce una muesca en la transmisión cuando su longitud llega a un cuarto de longitud de onda, y para un stub en una placa típica eso ocurre a una frecuencia muy inferior a aquella en la que las pérdidas del conductor y del dieléctrico empiezan a importar. Las pérdidas del conductor y del dieléctrico a lo largo de 1,6 mm de barril suman una fracción de decibelio incluso a 20 GHz; el stub puede costar decenas.

Por eso existe el retroperforado (backdrilling). Quitar el stub quita la muesca, y lo que queda es la pequeña pérdida que cuesta la propia vía.

Los mismos planos ralentizan la onda en el barril, de modo que la resonancia del stub que da esta calculadora, c/(4·L·√εr), es una cota superior: en la solución de campo los stubs resonaron entre un 8 y un 27 % más abajo, y la peor pérdida dentro de la banda se toma aquí en la resonancia sin carga. La pérdida del conductor también es una cota superior, en el límite de planos densos en el que cada barril queda dentro de su propia pared coaxial; las corrientes radiales en los planos no se modelan.

Es un modelo de cribado, no una solución de campo. Una transición de vía real incluye la capacidad de los pads, las resonancias de la cavidad entre planos y la discontinuidad de la transición, y nada de eso está aquí. Úselo para decidir si una geometría merece una simulación de onda completa y luego hágala.

Ejemplo Resuelto

Tome un barril terminado de 0,25 mm, un antipad de 0,9 mm y un paso de 0,8 mm en una placa FR4 de 1,6 mm con εr = 4,2 y tan δ = 0,02. La señal entra por arriba y sale a 0,4 mm de profundidad. Banda de interés: de 0,1 a 20 GHz.

Aquí no se calcula la impedancia. Una solución de campo de esta geometría sitúa la impedancia diferencial entre 85,6 Ω, con planos separados 0,1 mm, y 96,0 Ω, con planos separados 1,0 mm, así que depende del apilamiento: simúlela con la separación de sus planos.

Ahora el stub. La señal sale a 0,4 mm en una placa de 1,6 mm, lo que deja 1,2 mm de barril sin usar. Su resonancia de cuarto de onda sin carga cae en 30,48 GHz, por encima del borde de banda de 20 GHz, de modo que la muesca queda fuera de la banda, pero su falda no. Es una cota superior: los planos ralentizan la onda y, en la solución de campo, este stub resuena más cerca de 26,3 GHz.

Entre 0,1 y 20 GHz, la peor pérdida de inserción, tomada en la resonancia sin carga, es de 2,247 dB en el extremo superior de la banda. De ella, la pérdida dieléctrica en el barril aporta 0,119 dB y la del conductor como mucho 0,011 dB, la cota de planos densos con Z_dense = (η₀/(π√εr))·ln(D/d) = 74,95 Ω. Los ~2,1 dB restantes son el stub. La pérdida del material de la propia vía es inferior a un sexto de decibelio; todo lo demás es el trozo de cobre que no transporta señal.

Ponga la profundidad de salida en 1,6 mm (una vía totalmente retroperforada o que sale por abajo) y el stub desaparece junto con casi toda la pérdida: quedan 0,131 dB.

Consejos Prácticos

✓Compare la peor pérdida de inserción dentro de la banda con y sin stub antes de decidir si el retroperforado compensa su coste. Si la resonancia está muy por encima de la banda, puede que no.
✓Si puede, lleve la transición a una capa más profunda: acorta el stub gratis y sube la resonancia.
✓Obtenga la impedancia diferencial de la vía con una simulación de onda completa de su apilamiento y compárela con la de la pista. El canal ve el desajuste, no el valor absoluto.
✓El diámetro del antipad es aquí el mando de impedancia más eficaz y el que su fabricante está más dispuesto a cambiar.
✓Lea la resonancia del stub como lo más alto que puede estar la muesca. Los planos la bajan, hasta alrededor de una cuarta parte en la solución de campo en la que se basa esta página.
✓Use la herramienta enlazada de parámetros S de onda completa para cualquier transición que este modelo sitúe cerca de un límite.

Errores Comunes

✗Presupuestar la pérdida de la vía solo con las pérdidas del conductor y del dieléctrico. Esos son los términos pequeños. El grande es el stub, y es resonante, no gradual.
✗Suponer que una vía es eléctricamente corta porque es físicamente corta. Un stub de 1,2 mm en FR4 mide un cuarto de longitud de onda a 30 GHz, y su efecto se nota mucho antes.
✗Fiarse de una fórmula cerrada para la impedancia diferencial de la vía. Solo la separación de los planos la cambia en más de un 10 %, y la estimación habitual de dos hilos más coaxial da alrededor de la mitad del valor resuelto. Simule el apilamiento.
✗Separar las vías para subir la impedancia diferencial sin simular el resultado. Cuando el cobre de los planos queda entre los barriles, el acoplamiento cambia de un modo que ninguna fórmula cerrada de aquí recoge.
✗Agrandar el antipad sin límite. Acerca la impedancia al valor de la pista, pero también quita cobre de los planos, lo que es un problema de camino de retorno en sí mismo.
✗Tomar este modelo como sustituto de una simulación de onda completa en un canal realmente al límite.

Preguntas Frecuentes

¿Por qué importa más el stub que la pérdida de la propia vía?

Porque es resonante. Las pérdidas del conductor y del dieléctrico en un barril de 1,6 mm son una pequeña fracción de decibelio incluso a 20 GHz, mientras que un stub de cuarto de onda abre una muesca profunda justo donde resuena. Una vía que cambia de capa en una capa superior de una placa gruesa deja un stub largo y puede abrir una muesca dentro de su banda.

¿Qué precisión tiene?

Es un modelo de cribado. La resonancia del stub es la cota superior sin carga, porque los planos ralentizan la onda, y la pérdida del conductor es la cota superior de planos densos. Una transición de vía real incluye además la capacidad de los pads, los efectos de la cavidad entre planos y la discontinuidad de la transición, y nada de eso está aquí. Úselo para decidir qué simular.

¿Qué aporta realmente el retroperforado?

Quita el stub, y con él la muesca. Iguale la profundidad de salida al grosor de la placa para ver el caso sin stub: la pérdida de inserción que queda es lo que cuesta la propia vía, y suele ser pequeña.

¿Por qué no indica la impedancia diferencial?

Porque las dimensiones de la vía no la determinan. En una solución de campo, el par por defecto tiene 85,6 Ω con planos separados 0,1 mm y 96,0 Ω con planos separados 1,0 mm, y la impedancia en modo común depende además de por dónde circula la corriente de retorno, que tampoco es una entrada. Simule su apilamiento para obtener la cifra.

¿Qué ocurre si separo las vías más que el antipad?

El cobre de los planos queda entre los dos barriles y los antipads dejan de fundirse en una sola abertura, lo que cambia el acoplamiento entre ellos. La resonancia del stub y la pérdida no dependen de ello. La calculadora indica si los antipads se solapan; la impedancia requiere en cualquier caso una simulación de onda completa.

Herramientas de Simulación Avanzadas

FDTD Transmission Line Simulator

Solve microstrip stubs, coupled-line filters, via transitions, and step discontinuities across a ladder of named solve modes — from a 2D cross-section in seconds to a fine 3D openEMS field solve. S-parameters, Smith chart, and impedance analysis.

S-Parameter Analysis Pipeline

Upload up to 4 Touchstone files and get component values (L, C, R, Q, self-resonance) for a single component, plus insertion loss, return loss, group delay, TDR and passband ripple — all in one automated report.

Eye Diagram from S-Parameters

Upload a Touchstone (.s2p) file and generate a PRBS eye diagram. Shows the channel insertion loss and impulse response, then renders the eye with its height, width and jitter measured over the whole bit sequence.

Shop Components

As an Amazon Associate we earn from qualifying purchases.

PCB Manufacturing (JLCPCB)

Affordable PCB fabrication with controlled impedance options

JLCPCB →

FR4 Copper Clad Laminate

FR4 laminate sheets for custom PCB prototyping

Amazon →

Thermal Paste

Thermal interface material for component heat management

Amazon →

Calculadoras relacionadas

PCB

Resonancia Stub Vía

Calcula la frecuencia de resonancia del stub de vía en PCBs de alta velocidad y el beneficio del backdrill.

PCB

Calculadora de Vías

Calcula la capacitancia, inductancia y resistencia de vías en PCB multicapa. Obtén impedancia característica, tiempo de tránsito y frecuencia de resonancia del stub. Herramienta gratuita para diseño de PCB de alta velocidad.

PCB

A través de Step Response

Modele una PCB mediante una discontinuidad LC agrupada: exceso de capacitancia e inductancia, frecuencia autorresonante, degradación del 10 al 90% en el tiempo de subida y reflexión máxima para una velocidad de borde determinada.

PCB

Par Diferencial

Calcula el ancho y separación de pistas en par diferencial para lograr la impedancia diferencial deseada.