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디퍼런셜 페어 임피던스 계산기

USB, HDMI, 이더넷 및 고속 직렬 인터페이스에 사용되는 에지 결합 마이크로스트립 차동 쌍에 대한 차동 (Zdiff) 및 공통 모드 (Zcom) 임피던스를 계산합니다.

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공식

Z_{diff} = 2Z_{odd} \approx 2Z_0(1-Qe),\ Z_{com} = \frac{Z_{even}}{2} \approx \frac{Z_0(1+Qe)}{2}

참고: IPC-2141A; Wadell Chapter 3.7

Z₀ — Single-ended microstrip impedance (Hammerstad-Jensen) (Ω)
Q — Normalized edge-to-edge gap: 2S/W
Qe — Empirical coupling coefficient: exp(−0.347Q)
Z_odd — Odd-mode impedance = Z₀(1 − Qe) (Ω)
Z_even — Even-mode impedance = Z₀(1 + Qe) (Ω)

작동 방식

차동 쌍 임피던스는 고속 PCB 설계, 특히 차동 신호 처리의 신호 무결성에 중요한 매개변수입니다.에지 결합 마이크로스트립 구성에서 특성 임피던스는 전송선의 물리적 형상, 특히 트레이스 사이의 간격과 기판 높이 (h) 에 따라 달라집니다.홀수 모드 임피던스 (Zodd) 는 반대 극성 신호로 자극했을 때 개별 트레이스의 임피던스를 나타내는 반면, 차동 임피던스 (Zdiff) 는 두 트레이스 사이의 총 임피던스를 나타냅니다.IPC-2141A 표준은 트레이스 간격과 임피던스 간의 기하급수적 관계를 고려하여 이러한 값을 계산하는 경험적 방법을 제공합니다.이 접근 방식은 신호 반사를 최소화하고 신호 품질을 유지하며 전자기 간섭을 줄이기 위해 제어된 임피던스가 필수적인 고속 디지털 및 아날로그 회로 설계에서 매우 중요합니다.

계산 예제

기판 높이가 0.8mm이고 트레이스 간격이 0.2mm인 PCB의 마이크로스트립 차동 쌍을 생각해 보십시오.표준 공식을 사용하여 먼저 홀수 모드 임피던스를 계산합니다. 즉, Zodd = 50 * (1 - 0.347 * e^ (-2.09 * 0.2/0.8)) ≈ 55.3옴입니다.그런 다음 차동 임피던스를 계산합니다. Zdiff = 2* 55.3 = 110.6옴입니다.이 결과는 기준 50옴 싱글 엔드 임피던스에 비해 좁은 간격이 유효 임피던스를 증가시켜 트레이스 지오메트리가 임피던스에 얼마나 큰 영향을 미치는지 보여줍니다.

실용적인 팁

  • ✓정확한 계산을 위해 정확한 기판 두께 측정을 사용하십시오.
  • ✓차동 쌍 설계를 평가할 때 신호 주파수를 고려하십시오.
  • ✓PCB 레이아웃 시 제어된 임피던스 기법 구현

흔한 실수

  • ✗임피던스 계산 시 기판 유전율 무시
  • ✗트레이스 간격과 임피던스 간의 선형 관계 가정
  • ✗PCB 제조 시 제조 허용 오차를 고려하지 못함

자주 묻는 질문

차동 쌍은 공통 모드 잡음을 상쇄하는 보완 신호를 사용하여 더 나은 노이즈 내성을 제공하고 더 높은 데이터 전송 속도를 허용합니다.
트레이스 간격은 임피던스와 비선형 관계를 가지며, 일반적으로 트레이스가 가까워질수록 임피던스가 증가합니다.
IPC-2141A 방법은 표준 FR4 기판에 가장 적합합니다.특수 소재는 더 복잡한 계산이 필요할 수 있습니다.
기판 높이, 트레이스 폭, 트레이스 간 간격 및 유전 특성은 모두 차동 쌍 임피던스에 영향을 미칩니다.
고속 디지털 인터페이스의 경우 신호 무결성을 유지하기 위해 일반적으로 ± 10% 의 임피던스 허용 오차를 권장합니다.

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