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계산기를 통한 PCB

임피던스, 커패시턴스, 인덕턴스, 전류 용량, 종횡비 및 DFM 경고를 통해 PCB를 계산합니다.스루홀 및 블라인드/매립형 비아를 포함합니다.

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공식

C_{via} \approx \frac{0.0554\,\varepsilon_r\,T\,d}{D-d}\ \text{pF},\quad L_{via} \approx 0.2h\left(\ln\frac{4h}{d}+0.5\right)\ \text{nH}

참고: IPC-2141A; Howard Johnson "High-Speed Signal Propagation"

TBoard thickness (mm)
dVia drill diameter (mm)
DPad diameter (mm)
εᵣDielectric constant
hVia height (= board thickness) (mm)

작동 방식

Via 임피던스 계산은 수직 인터커넥트 액세스 (VIA) 구조의 전기적 특성을 나타내는 고주파 PCB 설계에서 매우 중요합니다.비아의 임피던스는 직경, 패드 크기, 기판의 유전율 등 여러 중요한 기하학적 파라미터에 따라 달라집니다.기본 물리학에는 원통형 도체를 통한 전자기파 전파가 포함되는데, 여기서 신호 전송은 비아의 물리적 치수와 주변 재료 특성에 영향을 받습니다.임피던스 변동은 신호 경로의 불연속성으로 인해 발생하며, 이로 인해 복잡한 전자 회로에서 반사, 신호 왜곡 및 잠재적인 고주파 성능 저하가 발생할 수 있습니다.

계산 예제

외부 비아 직경 (D) = 0.5mm, 내부 비아 직경 (d) = 0.2mm, 유전상수 (εr) = 4.3, 비아 두께 (T) = 1.2mm와 같은 파라미터를 갖는 일반적인 FR-4 기판의 비아를 생각해 보십시오.제공된 공식을 사용하여 먼저 경사 임피던스를 계산합니다: 87·ln (1.9·0.5/0.2) /√4.3 ≈ 52.3 옴.비아의 기생 커패시턴스는 1.41·4.3·1.2· (0.2) ²/ ((0.5) ²- (0.2) ²) ≈ 0.76pF로 계산됩니다.이와 동시에 비아의 인덕턴스는 5.08·1.2· [ln (···1.2/0.2) +1] ≈ 6.42nH로 계산됩니다.

실용적인 팁

  • 정확한 임피던스 계산을 위해서는 항상 실제 제조된 비아 치수를 사용하십시오.
  • 다층 설계에서 신호 무결성을 높이려면 비아 스티칭 사용을 고려하세요.
  • 전자기 시뮬레이션 도구를 사용하여 이론적 계산을 검증합니다.

흔한 실수

  • 고주파 임피던스를 계산할 때 비아 종횡비 무시
  • 다양한 기판 재료에 걸쳐 균일한 비아 임피던스를 가정함
  • 고속 설계에서 기생 커패시턴스 및 인덕턴스 무시

자주 묻는 질문

비아 직경이 클수록 일반적으로 임피던스가 감소하고 기생 커패시턴스가 증가하는 반면, 직경이 작으면 임피던스가 증가하고 용량성 결합이 감소합니다.
정확한 비아 임피던스 계산은 신호 반사를 방지하고 전자기 간섭을 최소화하며 고속 디지털 및 RF 회로의 신호 무결성을 보장합니다.
기하 파라미터를 최적화하고, 적절한 기판 재료를 사용하고, 고급 비아 설계 기술을 구현하여 비아 임피던스를 최소화할 수 있습니다.
기판 재료마다 유전 상수가 다르며, 이는 임피던스, 커패시턴스 및 전체 신호 전송 특성을 통해 직접적인 영향을 미칩니다.
이러한 공식은 대부분의 실제 주파수에 대한 좋은 근사치를 제공하지만 고주파 응용 분야에서는 고급 전자기 모델링이 필요할 수 있습니다.

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