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PCB 스택업 임피던스 계산기

일반적인 PCB 적층 구성에 대한 특성 임피던스를 계산합니다.레이어 수, 유전체 두께 및 구리 무게를 선택하여 50Ω 또는 사용자 지정 임피던스의 목표 트레이스 너비를 얻을 수 있습니다.

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공식

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}

참고: 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)

작동 방식

PCB 적층 설계는 특히 RF 및 고속 디지털 회로의 고주파 전자 시스템의 중요한 측면입니다.Hammerstad-Jensen 방법은 PCB 레이어의 물리적 기하학적 구조를 기반으로 트레이스 임피던스를 계산하는 정교한 접근 방식을 제공합니다.이 방법은 기판 재료의 유전 상수, 트레이스 폭, 기준 평면 위의 높이 및 주변 레이어 특성을 고려합니다.RF 회로의 경우 신호 반사를 최소화하고 전자기 간섭을 줄이며 최적의 신호 무결성을 보장하려면 일정한 50Ω 임피던스를 유지하는 것이 중요합니다.스택업은 각 레이어의 물리적 특성이 신호 전파, 크로스토크 및 전체 회로 성능에 직접적인 영향을 미치는 복잡한 전자기 전송 시스템 역할을 합니다.

계산 예제

50Ω 임피던스를 목표로 하는 4레이어 RF PCB 설계를 고려해 보십시오.r=4.3의 FR-4 기판을 사용하여 접지면 위의 0.1mm 유전체 층에 0.15mm의 트레이스 폭을 갖는 신호 레이어를 설계할 것입니다.Hammerstad-Jensen 계산을 적용하여 먼저 트레이스 지오메트리를 고려하여 유효 유전 상수를 결정합니다.트레이스 폭과 레이어 간격을 반복적으로 조정하여 50Ω 목표 임피던스를 충족하는 설계를 도출할 수 있습니다.실제 측정을 통해 계산된 임피던스가 ± 10% 이내로 확인되어 적층 설계 접근 방식을 검증할 수 있습니다.

실용적인 팁

  • ✓특수 임피던스 계산 소프트웨어를 사용하여 수동 계산을 검증합니다.
  • ✓USB 및 고속 디지털 인터페이스에 대한 차동 쌍 라우팅 고려
  • ✓그라운드 플레인 스티칭을 구현하여 전자기 커플링을 줄입니다.

흔한 실수

  • ✗고주파 설계의 비아 트랜지션 임피던스 무시
  • ✗신호 레이어 요구 사항을 고려하지 않고 균일한 기판 두께 사용
  • ✗구리 표면 거칠기가 고주파 임피던스에 미치는 영향 무시

자주 묻는 질문

RF 애플리케이션의 경우 Rogers RO4350B (εr=3.48) 과 같이 유전 상수가 낮고 안정적인 재료가 선호됩니다.이상적인 값은 특정 주파수 및 성능 요구 사항에 따라 달라집니다.
트레이스 너비는 매우 중요합니다.10미크론 변동으로도 임피던스가 몇 옴씩 바뀌어 잠재적으로 신호 무결성 문제가 발생할 수 있습니다.
가능하긴 하지만 FR-4는 손실 탄젠트가 더 높고 유전 특성이 덜 일관적입니다.정밀한 고주파 설계에는 특수 RF 재료를 사용하는 것이 좋습니다.
벡터 네트워크 분석기 (VNA) 또는 시간 영역 반사계 (TDR) 를 사용하여 제조 후 실제 트레이스 임피던스를 정밀하게 측정합니다.
레이어 두께는 임피던스에 직접적인 영향을 미칩니다.유전체 층이 두꺼울수록 임피던스가 증가하고 얇은 유전체 층은 감소하므로 정밀한 설계 계산이 필요합니다.

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