Calculadora en navegador de la impedancia característica de las líneas de transmisión de un circuito impreso. Cubre cinco estructuras: microstrip, stripline simétrica, stripline asimétrica y pares diferenciales tanto en microstrip como en stripline.
Dos cosas que la mayoría de calculadoras omiten están disponibles aquí: la estructura asimétrica en la que el núcleo y el prepreg tienen constantes dieléctricas distintas y la sección trapezoidal del conductor que deja el grabado. Ambas ocurren en cualquier placa real y ambas suelen ignorarse.
Qué estructura elegir
| Estructura | Cuándo usarla |
|---|---|
| Microstrip | Rutado en capa externa (L1 / inferior). Un lado queda abierto al aire |
| Stripline (simétrica) | Rutado en capa interna con la misma distancia a los planos superior e inferior |
| Stripline (asimétrica) | Rutado en capa interna con distancias o constantes dieléctricas distintas. Así son casi todas las placas multicapa reales |
| Par diferencial (microstrip) | Rutado diferencial en capa externa: USB, LVDS, Ethernet |
| Par diferencial (stripline) | Rutado diferencial en capa interna, cuando prima la inmunidad al ruido |
Qué significa cada entrada
- Wtop / Wbot — anchura superior e inferior del conductor. El grabado deja un trapecio, por eso se introducen por separado. Si desea tratar la pista como rectangular, introduzca el mismo valor dos veces.
- T — espesor del conductor. Si especifica el cobre por peso, elija la unidad oz (1 oz ≈ 35 µm).
- H — espesor del dieléctrico en microstrip: distancia de la pista al plano de referencia.
- B — separación entre planos en stripline simétrica: distancia entre los dos planos de masa.
- H1 / H2 — en stripline asimétrica, distancia de la pista al plano superior y al inferior.
- εr — constante dieléctrica. El FR-4 ronda 4,2–4,5, pero varía con el material y la frecuencia; use el valor de la hoja de datos del laminado.
- S — separación entre pistas del par diferencial. Introdúzcala como la separación mínima en la base, ya que un trapecio es más estrecho abajo que arriba.
Cuando el núcleo y el prepreg son distintos
Una pista de capa interna suele tener núcleo a un lado y prepreg al otro. Ambos tienen distinto contenido de resina, así que su constante dieléctrica también difiere: por ejemplo 4,3 para el núcleo y 4,1 para el prepreg.
La mayoría de calculadoras admiten un único εr, lo que obliga a conformarse con un promedio. La pestaña «Stripline (asimétrica)» de esta herramienta acepta εr1 para el lado superior y εr2 para el inferior por separado.
El cálculo separa la capacidad por encima y por debajo de la pista y después recombina ambas mitades. La constante dieléctrica efectiva εeff resultante está ponderada por la capacidad en aire de cada lado, lo que no coincide con una media ponderada por 1/h. Sustituirla por un promedio simple cuesta precisión, y el error crece con la asimetría.
Tratamiento de la sección trapezoidal
En el grabado sustractivo el atacante actúa desde arriba, de modo que la parte superior del conductor se consume más que la base y la sección acaba siendo un trapecio de base ancha. El diseño especifica un único W; el cobre terminado tiene dos anchuras distintas.
Esta herramienta toma Wtop y Wbot por separado y trabaja con la anchura equivalente (Wtop+Wbot)/2. También muestra el factor de grabado (T dividido por el socavado de un lado), que puede contrastar con el valor que le indique el fabricante.
En la stripline asimétrica se aplica Wtop a la capacidad superior y Wbot a la inferior, de modo que la orientación del trapecio también se refleja en el resultado.
Sobre el cálculo diferencial
Además de la impedancia diferencial Zdiff, las pestañas diferenciales muestran la impedancia de modo par Z0e, la de modo impar Z0o y la de modo común Zcomm:
Z_diff = 2 × Z_0o Z_comm = Z_0e / 2
La impedancia de modo común hace falta al elegir un choque de modo común o al diseñar su terminación. Muchas calculadoras dan solo la cifra diferencial; esta está aquí para cuando necesita las dos.
La separación S se introduce como la mínima en la base y, si hay trapecio, se convierte en la separación equivalente S+(Wbot−Wtop)/2. La corrección por espesor ensancha cada pista y estrecha la separación en la misma cantidad, por lo que se conserva el paso Wbot+S: el valor que usted especifica en el layout no se desvía.
Fórmulas y fuentes
| Estructura | Fórmula |
|---|---|
| Microstrip | Forma cerrada de Hammerstad–Jensen más corrección por espesor |
| Stripline | Solución exacta por transformación conforme (integrales elípticas completas) más la corrección de Wheeler |
| Stripline asimétrica | Capacidad separada por encima y por debajo de la pista y luego recombinada |
| Microstrip diferencial | Forma cerrada estática de Kirschning–Jansen (modo par e impar) |
| Stripline diferencial | Transformación conforme de Cohn para el modo par e impar |
Las integrales elípticas completas se evalúan por la media aritmético-geométrica, con convergencia hasta el límite de la doble precisión. No se usa ninguna aproximación en serie.
Precisión y rango de validez
La implementación se verifica con una comprobación de coherencia interna: al abrir mucho la separación S, los modos par e impar deben converger al valor de extremo único. El caso stripline coincide hasta el epsilon de máquina y el caso microstrip converge por debajo del 0,001 % con S/H grande. Por el mismo argumento, la stripline asimétrica se reduce exactamente a la simétrica cuando H1=H2, εr1=εr2 y la sección es rectangular.
- Es un modelo estático (baja frecuencia). No incluye dispersión, pérdidas del conductor, pérdidas dieléctricas ni rugosidad superficial, así que por encima de unos pocos GHz el resultado queda bajo.
- Prevea algunos puntos porcentuales de error en el valor absoluto. No coincidirá exactamente con las medidas del fabricante ni con un simulador electromagnético.
- Las entradas fuera del rango recomendado generan un aviso (W/H, T/B, S/H, εr, etc.). El cálculo continúa, pero confíe menos en la cifra.
- Confirme el diseño final con un simulador como uSimmics (Qucs-S).
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