PCB 임피던스 계산기

분류：기술
- 2025년 6월 6일
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고속 설계를 위한 PCB 전송선의 특성 임피던스를 계산합니다. 마이크로스트립, 스트립라인, 차동 쌍 및 공동 평면을 지원합니다.

전송선 유형

PCB 재료 특성

FR-4: 4.0-4.7, 폴리이미드: 3.2-3.5
FR-4: 0.01-0.025, 로저스: 0.001-0.004
신호 주파수는 손실에 영향을 미칩니다

트레이스 치수

1 oz ≈ 35 μm (0.035 mm)
트레이스에서 접지면까지의 거리

고급 옵션

Ω
표준 값: 50Ω 단일 종단, 100Ω 차동

PCB 임피던스 제어 이론

PCB 트레이스의 임피던스를 제어하는 것은 고속 설계에서 신호 무결성에 매우 중요합니다. 전송선의 특성 임피던스는 트레이스 기하학, 유전 특성 및 주변 기준면에 따라 달라집니다.

임피던스에 영향을 미치는 주요 요소
  • 트레이스 너비 (W): 넓은 트레이스는 낮은 임피던스를 가집니다
  • 유전 높이 (H): 기준면까지의 거리가 클수록 임피던스가 증가합니다
  • 유전율 (εr): 유전율이 높을수록 임피던스가 감소합니다
  • 구리 두께 (T): 두꺼운 구리는 임피던스를 약간 감소시킵니다
  • 트레이스 간격 (S): 차동 쌍의 경우, 간격이 넓어질수록 임피던스가 증가합니다
전송선 유형
  • 마이크로스트립: 외부 층에 있는 트레이스와 단일 기준면
  • 스트립라인: 두 개의 기준면 사이의 내부 층에 있는 트레이스
  • 차동 쌍: 반대 신호를 전송하는 두 개의 밀접하게 결합된 트레이스
  • 공동 평면 웨이브가이드: 인접한 공동 접지면이 있는 트레이스
PCB 설계에서의 임피던스 제어
  • 일반 값: 50Ω (단일 종단), 100Ω (차동)
  • 제조 허용 오차: 일반적으로 임피던스 제어 보드에서 ±10%
  • 신호 반사: 트레이스를 따라 임피던스가 변경될 때 발생합니다
  • 주파수 효과: 임피던스 계산은 TEM 모드 전파를 가정합니다
  • 필드 솔버: 복잡한 기하학의 경우, 2D/3D 필드 솔버가 더 정확한 결과를 제공합니다

면책 조항: 이 계산기는 산업 표준 근사 공식을 사용합니다. 이러한 공식은 대부분의 설계에 대해 좋은 추정치를 제공하지만 모든 2차 효과를 포착하지 못할 수 있습니다. 중요한 고속 설계의 경우 2D/3D 필드 솔버를 사용하거나 테스트를 통해 검증하는 것을 고려하십시오. 제조 변동은 최종 임피던스에 영향을 미칠 것입니다.

PCB 임피던스 계산기란?

PCB 임피던스 계산기는 엔지니어, 디자이너 및 전자 애호가들이 인쇄 회로 기판(PCB) 트레이스의 특성 임피던스를 계산하는 데 도움을 주는 실용적인 웹 기반 도구입니다. 이는 고속 디지털 및 RF(무선 주파수) 설계에서 신호 무결성과 성능을 위해 일관된 임피던스를 유지하는 것이 중요합니다.

마이크로스트립 라인, 스트립라인 트레이스, 차동 쌍 또는 공면 웨이브가이드를 설계하든, 이 계산기는 전용 필드 솔버나 전문 소프트웨어 없이도 정확한 추정을 제공합니다. FR-4, Rogers 및 테플론과 같은 일반적인 재료를 지원하며, 속성과 치수를 사용자 정의할 수 있는 옵션이 있습니다.

PCB 설계에서 임피던스가 중요한 이유

일관된 임피던스는 최소한의 신호 반사, 감소된 크로스토크 및 고주파에서의 깨끗한 데이터 전송을 보장합니다. 트레이스 임피던스가 드라이버 또는 수신기 임피던스와 일치하지 않으면 신호가 반사되어 왜곡되거나 정보 손실이 발생할 수 있습니다.

  • 고속 애플리케이션에서 신호 품질 향상
  • USB, HDMI 및 이더넷과 같은 인터페이스에서 통신 오류 방지
  • 산업 설계 표준 준수 보장

계산기 사용 방법

PCB 트레이스의 임피던스를 계산하려면 다음 단계를 따르세요:

  1. 전송선 유형 선택: 마이크로스트립, 스트립라인, 차동 쌍 또는 공면 웨이브가이드 중에서 선택합니다.
  2. 재료 속성 입력: 미리 설정된 값(FR-4 또는 Rogers 등)을 선택하거나 사용자 정의 유전율(εr) 및 손실 탄젠트를 입력합니다.
  3. 주파수 설정: 신호 주파수를 MHz 또는 GHz로 입력합니다.
  4. 트레이스 치수 입력: 트레이스 너비, 두께, 유전 높이 및 간격을 포함합니다(해당되는 경우).
  5. 고급 옵션 선택: 목표 임피던스를 설정하고 필드 솔버 비교 및 방정식을 보고 싶다면 선택합니다.
  6. "임피던스 계산" 클릭: 즉시 임피던스, 유효 유전율, 손실 추정치 및 시각적 트레이스 레이아웃을 확인합니다.

주요 임피던스 공식

마이크로스트립 (W/H ≤ 1):
\( Z_0 = \frac{87}{\sqrt{\varepsilon_r + 1.41}} \ln\left( \frac{5.98H}{0.8W + T} \right) \)
스트립라인 (대칭):
\( Z_0 = \frac{60}{\sqrt{\varepsilon_r}} \ln\left( \frac{4H}{\pi(W + 1.1T)} \right) \)
차동 쌍:
\( Z_{diff} = 2 \cdot Z_{single} \cdot (1 + k) \)

결과에서 볼 수 있는 내용

  • 계산된 임피던스: 옴(Ω) 단위로, 목표 값에 가까운지 시각적으로 표시됩니다.
  • 전파 속도 및 파장: 고주파에서 전송선 동작을 결정하는 데 유용합니다.
  • 손실 추정치: 도체 및 유전체 손실의 분해(단위: dB/m)
  • 단면 시각화: 트레이스와 주변 재료의 그래픽 레이아웃
  • 허용 오차 분석: 제조 변동이 임피던스에 미치는 영향을 보여줍니다.

이 도구의 혜택을 받을 수 있는 사람은 누구인가요?

이 계산기는 특히 다음과 같은 사람들에게 유용합니다:

  • 50Ω 또는 100Ω 요구 사항을 충족하기 위해 트레이스 너비를 최적화하는 PCB 디자이너
  • USB, HDMI 또는 LVDS 신호를 위한 차동 쌍을 만드는 엔지니어
  • 전송선 및 전자기 이론을 배우는 학생
  • 트레이스 설계가 신호 타이밍에 영향을 미치는 파일 전송 시간 또는 데이터 전송 속도 분석을 수행하는 모든 사람

또한, 연결된 임베디드 시스템 작업 시 대역폭 계산, 시뮬레이션을 위한 iMac 컴퓨팅 도구 및 인터넷 속도 추정기를 포함한 더 넓은 도구 세트의 일부로 유용합니다.

자주 묻는 질문(FAQ)

  • 특성 임피던스란 무엇인가요?
    전송선에서 신호가 보는 임피던스입니다. 이를 일치시키면 최소한의 신호 반사를 보장합니다.
  • 표준 임피던스는 무엇인가요?
    대부분의 단일 종단 트레이스는 50Ω으로 설계되며, 차동 쌍은 100Ω을 목표로 합니다.
  • 어떤 재료가 지원되나요?
    FR-4, Rogers 4350, 테플론/PTFE 및 사용자 정의 항목이 지원됩니다. 이들은 유전율 및 손실 탄젠트에 영향을 미칩니다.
  • 단위를 수동으로 변경해야 하나요?
    아니요. 계산기는 mm, mil, oz, GHz 및 MHz와 같은 단위를 자동으로 처리합니다.
  • 정확도는 얼마나 되나요?
    산업 표준 공식을 사용하며 필드 솔버 비교를 포함합니다. 매우 중요한 설계의 경우 시뮬레이션 도구나 실험실 측정을 여전히 권장합니다.

요약

PCB 임피던스 계산기는 모든 엔지니어의 도구 키트에 귀중한 추가 요소입니다. 트레이스 설계를 신속하게 분석할 수 있게 하여 신호 전송 문제를 피하고 고속 회로가 설계 목표를 충족하도록 보장합니다. 다운로드 속도 추정기, 전송 시간 계산기 또는 iMac 데스크탑에서 시스템 성능 점검과 같은 다른 도구와 함께 사용할 때 이 계산기는 PCB 설계의 핵심 부분을 단순화합니다.