česky english Vítejte, dnes je pátek 04. prosinec 2020

Kalkulátor impedance plošných spojů

DPS 2/2010 | Vývoj - články
Autor: Ing. Milan Klauz

Pokud potřebujete rychle zjistit impedanci plošného spoje na desce se zemnící vrstvou a nevíte jak na to, následující tipy vám mohou pomoci.

Kalkulátor impedance plošných spojů 1

Obr. 1 Kalkulátor impedance pro Microstrip

Impedanci plošného spoje lze velmi dobře odhadnout pouze zadáním údajů o budoucím plošném spoji v programech pro signal integrity analýzy jako jsou např. HyperLynx LineSim nebo SB8000. Impedanci již konkrétního, položeného plošného spoje lze zjistit dosti přesně např. v programu HyperLynx BoardSim.

Pokud nemáte program pro signal integrity analýzy, potom je zde ještě jiná možnost. Na internetu lze nalézt celou řadu tzv. on-line kalkulátorů pro výpočet impedance plošných spojů. Některé z nich jsou k použití zdarma přímo na webových stránkách autorů, jiné jsou ve formě programu ke stažení zpoplatněny.

Intuice napovídá, že kalkulátory, které nejsou zdarma, budou pravděpodobně lepší. Existují dva, které jsou na trhu již delší dobu a pocházejí od firem známých svými znalostmi v návrhu desek plošných spojů. Jsou to ICD Stackup Planner od australské firmy In-Circuit Design a UCCALC od americké firmy UltraCad.

ICD Stackup Planner

Tento kalkulátor je založen na původním programu Impedance Calculator, který je již od roku 1996 využíván desítkami tisíc návrhářů po celém světě. Nyní lze v programu navíc přidat a zrušit neomezený počet vrstev desky a změnit pořadí vrstev tak, aby se našlo řešení pro požadovanou impedanci. Podporuje různé typy spojů jako jsou Microstrip, Balanced Symmetric Stripline, Embedded Microstrip a další. Počítá Characteristic Impedance, Edge Coupled Differential Impedance, Broadside Coupled Differential Impedance a další.

UCCALC Differential Impedance Calculator

Tento program počítá impedanci a diferenciální impedanci pro Microstrip, Embedded Microstrip a různé typy Stripline. Zadáním potřebné impedance spočítá ve většině případů i ostatní proměnné, takže zodpoví otázky typu „Jaká šířka plošného spoje je potřeba k dosažení diferenciální impedance 75 Ω?“. Navíc tento kalkulátor počítá i dobu přechodu signálu.

On-line kalkulátory impedance

Kalkulátor impedance plošných spojů 2 Kalkulátor impedance plošných spojů 3

Obr. 2 Microstrip

Obr. 3 Embedded Microstrip

Následující kalkulátory jsou k dispozici zdarma. Některé jsou volně dostupné, jiné vyžadují přístupové heslo. I když mluvíme o kalkulátoru, jedná se vždy o několik kalkulátorů pro různé typy plošného spoje (microstrip, stripline). Jejich celkový přehled je uveden níže (obr. 2 až 8). Zde jsou dva příklady z mnoha nabízených on-line kalkulátorů.

Kalkulátor impedance plošných spojů 4 Kalkulátor impedance plošných spojů 5

Obr. 4 Differential Microstrip

Obr. 5 Stripline

Kalkulátor impedance od firmy Mantaro umožňuje výpočet impedance pro Microstrip, Differential Microstrip, Embedded Microstrip, Stripline, Differential Stripline, Asymmetric Stripline, Broadside Coupled Stripline a Plane. Ke každému výpočtu je k dispozici matematický vzorec, na kterém je daný kalkulátor založený, obrázek s vysvětlivkami a tabulka veličin, do které si uživatel zapíše své hodnoty.

Kalkulátor impedance plošných spojů 6 Kalkulátor impedance plošných spojů 7

Obr. 6 Asymmetric Stripline

Obr. 7 Coupled Stripline

Kalkulátor impedance plošného spoje je pod názvem PCB Trace Impedance Calculator uveden na webových stránkách laboratoře Electromagnetic Compatibility z Missoury University of Science and Technology. K dispozici jsou celkem 4 kalkulátory pro Microstrip, Embedded Microstrip, Stripline a Dual Stripline. Kalkulátor pro Microstrip je zobrazen na obr. 1.

Kalkulátor impedance plošných spojů 8

Obr. 8 Differential Stripline

Přehled typů plošného spoje

Kalkulátory počítají impedanci u plošných spojů typu „Microstrip“ nebo „Stripline“, což v obou případech znamená použití protilehlé zemnící plochy. Při výpočtu impedance hrají důležitou roli šířka a tloušťka spoje, vzdálenost od zemnící plochy, tloušťka dielektrika a permitivita dielektrika (dielektrická konstanta).

„Microstrip“ je vodič oddělený od zemnící plochy dielektrikem. V případě desky plošných spojů se jedná o plošný spoj na jedné straně desky, zatímco druhá strana desky je vytvořena jako zemnící napájecí plocha.

„Stripline“ je vodič vložený mezi dvě zemnící plochy, oddělený od obou ploch dielektrikem. V případě desky plošných spojů to je plošný spoj uvnitř vícevrstvé desky, přičemž vrstvy nad a pod plošným spojem jsou vytvořeny jako zemnící napájecí plochy.

Odkazy na popsané kalkulátory a mnohé další naleznete na webových stránkách tohoto časopisu (www.dps-az.cz). Podívejte se i na další typy kalkulátorů jako např. šířky plošného spoje podle proudového zatížení a povoleného oteplení atd.

www.dps-az.cz

www.polarinstruments.com

www.mentor.com

www.icd.com.au/

www.ultracad.com/calc.htm

www.mantaro.com/resources/impedance_calculator.htm

http://emclab.mst.edu/pcbtlc2/index.html

Partneři

eipc
epci
imaps
papouch
ep
mikrozone
mcu
projectik