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Calculateur d'impédance d'empilement de circuits imprimés

Calculez l'impédance caractéristique pour les configurations d'empilement de circuits imprimés courantes. Sélectionnez le nombre de couches, l'épaisseur diélectrique et le poids du cuivre pour obtenir la largeur de trace cible pour 50 Ω ou une impédance personnalisée.

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Formule

A = \frac{Z_0}{60}\sqrt{\frac{\varepsilon_r+1}{2}} + \frac{\varepsilon_r-1}{\varepsilon_r+1}\left(0.23+\frac{0.11}{\varepsilon_r}\right),\quad \frac{W}{H} = \frac{8e^A}{e^{2A}-2}

Référence: Wheeler (1977); Pozar "Microwave Engineering" 4th ed.

Z₀— Target characteristic impedance (Ω)

εᵣ— Dielectric constant

A— Wheeler intermediate parameter

W/H— Trace width to height ratio

H— Dielectric layer thickness (mm)

Comment ça marche

La conception de l'empilement de circuits imprimés est un aspect essentiel des systèmes électroniques haute fréquence, en particulier pour les circuits RF et numériques à haut débit. La méthode Hammerstad-Jensen fournit une approche sophistiquée pour calculer l'impédance des traces en fonction de la géométrie physique des couches de PCB. Cette méthode prend en compte la constante diélectrique des matériaux du substrat, la largeur des traces, la hauteur au-dessus du plan de référence et les caractéristiques de la couche environnante. Pour les circuits RF, le maintien d'une impédance constante de 50 Ω est essentiel pour minimiser la réflexion du signal, réduire les interférences électromagnétiques et garantir une intégrité optimale du signal. L'empilement agit comme un système de transmission électromagnétique complexe, dans lequel les propriétés physiques de chaque couche ont un impact direct sur la propagation du signal, la diaphonie et les performances globales du circuit.

Exemple Résolu

Envisagez une conception de circuit imprimé RF à 4 couches ciblant une impédance de 50 Ω. En utilisant un substrat FR-4 avec un r = 4,3, nous allons concevoir une couche de signal avec une largeur de trace de 0,15 mm sur une couche diélectrique de 0,1 mm au-dessus d'un plan de masse. En appliquant le calcul de Hammerstad-Jensen, nous déterminons d'abord la constante diélectrique effective, en tenant compte de la géométrie de la trace. En ajustant de manière itérative la largeur des traces et l'espacement des couches, nous convergeons vers une conception qui répond à l'impédance cible de 50 Ω. Une mesure pratique confirme l'impédance calculée à ± 10 %, validant ainsi l'approche de conception de l'empilement.

Conseils Pratiques

✓Utilisez un logiciel de calcul d'impédance spécialisé pour valider les calculs manuels
✓Envisagez le routage par paires différentielles pour les interfaces USB et numériques haut débit
✓Mettre en œuvre un assemblage au plan du sol pour réduire le couplage électromagnétique

Erreurs Fréquentes

✗Négligence par impédance de transition dans les conceptions à haute fréquence
✗Utilisation d'une épaisseur de substrat uniforme sans tenir compte des exigences de la couche de signal
✗Ignorer les effets de la rugosité de surface du cuivre sur l'impédance haute fréquence

Foire Aux Questions

Quelle est la constante diélectrique idéale pour les matériaux PCB RF ?

Pour les applications RF, les matériaux présentant des constantes diélectriques faibles et stables, tels que le Rogers RO4350B (r = 3,48) sont préférés. La valeur idéale dépend des exigences spécifiques en matière de fréquence et de performances.

Dans quelle mesure la largeur de trace est-elle critique dans le contrôle de l'impédance ?

La largeur des traces est extrêmement critique. Même une variation de 10 microns peut modifier l'impédance de plusieurs ohms, ce qui peut entraîner des problèmes d'intégrité du signal.

Puis-je utiliser le FR-4 standard pour les circuits RF ?

Dans la mesure du possible, le FR-4 présente une tangente de perte plus élevée et des propriétés diélectriques moins constantes. Des matériaux RF spécialisés sont recommandés pour des conceptions précises à haute fréquence.

Comment vérifier l'impédance d'empilement des PCB ?

Utilisez des analyseurs de réseaux vectoriels (VNA) ou la réflectométrie dans le domaine temporel (TDR) pour mesurer avec précision l'impédance de trace réelle après la fabrication.

Quel est l'impact de l'épaisseur de la couche sur l'impédance ?

L'épaisseur de la couche influence directement l'impédance. Des couches diélectriques plus épaisses augmentent l'impédance, tandis que des couches plus fines la diminuent, ce qui nécessite des calculs de conception précis.

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