Guia de design de impedância de microfita: da teoria ao layout do PCB

Por que 50Ω é importante

O padrão de impedância de 50Ω surgiu de um compromisso entre manuseio de energia (que favorece menor impedância) e perda de inserção (que favorece maior impedância em torno de 77Ω). Para trabalhos de RF, 50Ω é o padrão quase universal. Para vídeo, 75Ω. Para alguns sinais lógicos, o diferencial de 100Ω é comum.

Quando a impedância do traço não corresponde à fonte ou à carga, ocorrem reflexões. Em DC e em baixas frequências, isso é inofensivo — os sinais viajam lentamente o suficiente para que o transiente morra antes de causar danos. Mas acima, aproximadamente:

“BLOCO MATEMÁTICO_0"

onde *v*é a velocidade de propagação (~ 0,6c no FR4) e *l* é o comprimento do traço, o controle da impedância se torna importante. Para um traçado de 10 cm no FR4, isso é aproximadamente 900 MHz.

As equações de Hammerstad-Jensen

A maioria das calculadoras on-line usa as equações IPC-2141 simplificadas, que têm precisão de cerca de ± 5%. Para fabricação, use Hammerstad-Jensen (1980) com correções de Wadell, que alcançam ± 1% de precisão.

Para um traço estreito (W/H < 1):

“BLOCO MATEMÁTICO_1"

Para um traço amplo (W/H ≥ 1):

“BLOCO MATEMÁTICO_2”

onde *W*é a largura efetiva (contabilizando a espessura do cobre) e*θ*eff é a constante dielétrica efetiva.

Seleção de materiais

A constante dielétrica do FR4 varia com a frequência (4,5 a 100 MHz → 4,1 a 10 GHz) e com a trama do vidro. Para projetos críticos de RF acima de 1 GHz, especifique um laminado DK controlado.

Tolerâncias de fabricação

Um fabricante típico de PCB mantém essas tolerâncias:

• Largura do traço: ± 0,05 mm (2 mil) para padrão, ± 0,025 mm (1 mil) para impedância controlada
• Espessura dielétrica: ± 10% padrão, ± 5% para empilhamentos controlados por impedância
• Espessura do cobre: ± 10%

Combinados, eles produzem uma variação de impedância de aproximadamente ± 10% em um pedido padrão e ± 5% em um pedido controlado por impedância. Se você precisar de mais de ± 5%, precisará especificá-lo explicitamente e esperar um custo maior.

Regras práticas de design

Alvo de 50Ω para RF, diferencial de 100Ω para digital de alta velocidade. Em uma placa FR4 padrão de 1,6 mm com cobre de 1 onça:

• 50Ω de extremidade única ≈ 2,8 mm de largura de traço
• Diferencial de 100Ω ≈ espaçamento de 0,12 mm entre traços de 1,8 mm

Mantenha os planos de referência sólidos. Vazios, fendas ou divisões sob um traço de impedância controlada alteram a impedância local de forma imprevisível. Afaste os traços de RF das bordas da placa e dos conectores que possam ser cortados perto do plano de referência. Costure vias ao redor dos traços de RF. Para microfita, adicione vias de aterramento a cada λ/20 em cada lado do traço para suprimir as ressonâncias de placas paralelas. Combine descontinuidades. Lançamentos, vias e almofadas de conectores criam descontinuidades de impedância. Compense com a redução do tamanho da almofada (antialmofada) ou anule ligeiramente o plano de referência por meio de transições.

Verificação

Use nossa [Calculadora de impedância de microfita] (/calculators/rf/microstrip-impedance) para calcular suas dimensões de traço e, em seguida, confirme com a calculadora de impedância de empilhamento de sua placa. Para produção, solicite um cupom de teste — um traço separado com a mesma geometria que pode ser medido com um TDR (refletômetro no domínio do tempo) para verificar a impedância real antes da montagem.