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PCB via calculadora

Calcule o PCB por meio de impedância, capacitância, indutância, capacidade de corrente, proporção e avisos de DFM. Cobre orifícios passantes e vias cegas/enterradas.

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Fórmula

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}

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

T — Board thickness (mm)
d — Via drill diameter (mm)
D — Pad diameter (mm)
εᵣ — Dielectric constant
h — Via height (= board thickness) (mm)

Como Funciona

O cálculo da impedância via é crucial no projeto de PCB de alta frequência, representando as características elétricas das estruturas de acesso por interconexão vertical (VIA). A impedância de uma via depende de vários parâmetros geométricos críticos, incluindo diâmetro, tamanho da almofada e constante dielétrica do substrato. A física subjacente envolve a propagação de ondas eletromagnéticas através de um condutor cilíndrico, onde a transmissão do sinal é influenciada pelas dimensões físicas da via e pelas propriedades do material circundante. As variações de impedância ocorrem devido a descontinuidades no caminho do sinal, o que pode causar reflexões, distorção do sinal e potencial degradação do desempenho de alta frequência em circuitos eletrônicos complexos.

Exemplo Resolvido

Considere uma via em um substrato FR-4 típico com os seguintes parâmetros: diâmetro externo via diâmetro (D) = 0,5 mm, diâmetro interno via diâmetro (d) = 0,2 mm, constante dielétrica (θr) = 4,3, via espessura (T) = 1,2 mm. Usando as fórmulas fornecidas, primeiro calculamos via impedância: 87 · ln (1,9 · 0,5/0,2) /√4,3 ≈ 52,3 ohms. A capacitância parasitária da via é calculada em 1,41 · 4,3 · 1,2 · (0,2) ²/ ((0,5) ²- (0,2) ²) ≈ 0,76 pF. Simultaneamente, a indutância da via é calculada em 5,08·1,2· [ln (4·1,2/0,2) +1] ≈ 6,42 nH.

Dicas Práticas

  • ✓Sempre use as dimensões reais fabricadas por meio de dimensões para cálculos precisos de impedância
  • ✓Considere o uso via costura para melhorar a integridade do sinal em designs multicamadas
  • ✓Valide cálculos teóricos com ferramentas de simulação eletromagnética

Erros Comuns

  • ✗Negligenciando a proporção via aspecto ao calcular a impedância de alta frequência
  • ✗Assumindo uniformidade via impedância em diferentes materiais de substrato
  • ✗Ignorando a capacitância e a indutância parasitárias em projetos de alta velocidade

Perguntas Frequentes

Diâmetros de via maiores geralmente reduzem a impedância e aumentam a capacitância parasitária, enquanto diâmetros menores aumentam a impedância e reduzem o acoplamento capacitivo.
Cálculos precisos por meio de impedância evitam reflexões de sinal, minimizam a interferência eletromagnética e garantem a integridade do sinal em circuitos digitais e de RF de alta velocidade.
A via impedância pode ser minimizada otimizando parâmetros geométricos, usando materiais de substrato apropriados e implementando técnicas avançadas de projeto via projeto.
Diferentes materiais de substrato têm constantes dielétricas variáveis, que impactam diretamente por meio de impedância, capacitância e características gerais de transmissão de sinal.
Essas fórmulas fornecem boas aproximações para a maioria das frequências práticas, mas aplicações de frequência extremamente alta podem exigir modelagem eletromagnética mais avançada.

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