Kalkulator Impedansi PCB

Kategoria: Teknologi
- September 09, 2025
| |

Hitung impedansi karakteristik jalur transmisi PCB untuk desain kecepatan tinggi. Mendukung microstrip, stripline, pasangan diferensial, dan coplanar waveguides.

Jenis Jalur Transmisi

Properti Material PCB

FR-4: 4.0-4.7, Polyimide: 3.2-3.5
FR-4: 0.01-0.025, Rogers: 0.001-0.004
Frekuensi sinyal memengaruhi loss

Dimensi Jalur

1 oz ≈ 35 μm (0.035 mm)
Jarak dari jalur ke ground plane

Opsi Lanjutan

Ω
Nilai standar: 50Ω single-ended, 100Ω diferensial

Teori Kontrol Impedansi PCB

Mengontrol impedansi jalur PCB sangat penting untuk integritas sinyal dalam desain kecepatan tinggi. Impedansi karakteristik jalur transmisi bergantung pada geometri jalur, properti dielektrik, dan reference plane di sekitarnya.

Faktor Utama yang Mempengaruhi Impedansi
  • Lebar Jalur (W): Jalur yang lebih lebar memiliki impedansi lebih rendah
  • Tinggi Dielektrik (H): Jarak lebih besar ke reference plane meningkatkan impedansi
  • Konstanta Dielektrik (εr): Konstanta dielektrik yang lebih tinggi mengurangi impedansi
  • Ketebalan Tembaga (T): Tembaga yang lebih tebal sedikit mengurangi impedansi
  • Jarak Jalur (S): Untuk pasangan diferensial, jarak lebih lebar meningkatkan impedansi
Jenis Jalur Transmisi
  • Microstrip: Jalur pada lapisan luar dengan satu reference plane
  • Stripline: Jalur pada lapisan dalam di antara dua reference plane
  • Pasanan Diferensial: Dua jalur yang saling berdekatan membawa sinyal berlawanan
  • Coplanar Waveguide: Jalur dengan ground plane coplanar di sekitarnya
Kontrol Impedansi dalam Desain PCB
  • Nilai Umum: 50Ω (single-ended), 100Ω (diferensial)
  • Toleransi Manufaktur: Biasanya ±10% pada papan dengan kontrol impedansi
  • Refleksi Sinyal: Terjadi ketika impedansi berubah sepanjang jalur
  • Efek Frekuensi: Perhitungan impedansi mengasumsikan propagasi mode TEM
  • Field Solver: Untuk geometri kompleks, field solver 2D/3D memberikan hasil lebih akurat

Disclaimer: Kalkulator ini menggunakan rumus pendekatan standar industri. Meskipun rumus ini memberikan estimasi yang baik untuk sebagian besar desain, mereka mungkin tidak menangkap semua efek orde kedua. Untuk desain kecepatan tinggi yang kritis, pertimbangkan menggunakan field solver 2D/3D atau validasi melalui pengujian. Variasi manufaktur akan memengaruhi impedansi akhir.

Apa Itu PCB Impedance Calculator?

PCB Impedance Calculator adalah alat berbasis web yang praktis untuk membantu insinyur, desainer, dan penggemar elektronik menghitung impedansi karakteristik dari jalur pada papan sirkuit cetak (PCB). Hal ini sangat penting dalam desain digital kecepatan tinggi dan RF (radio frequency), di mana menjaga impedansi yang konsisten sangat penting untuk integritas sinyal dan kinerja.

Baik Anda sedang merancang jalur microstrip, stripline, pasangan diferensial, atau coplanar waveguide, kalkulator ini menyediakan estimasi yang akurat tanpa memerlukan field solver khusus atau perangkat lunak khusus. Alat ini mendukung material umum seperti FR-4, Rogers, dan Teflon, dengan opsi untuk menyesuaikan properti dan dimensi.

Mengapa Impedansi Penting dalam Desain PCB

Impedansi yang konsisten memastikan minimnya refleksi sinyal, mengurangi crosstalk, dan transmisi data yang lebih bersih pada frekuensi tinggi. Jika impedansi jalur tidak sesuai dengan impedansi driver atau receiver, sinyal dapat memantul kembali, menyebabkan distorsi atau kehilangan informasi.

  • Meningkatkan kualitas sinyal dalam aplikasi kecepatan tinggi
  • Mencegah kesalahan komunikasi pada antarmuka seperti USB, HDMI, dan Ethernet
  • Memastikan kepatuhan terhadap standar desain industri

Cara Menggunakan Kalkulator

Ikuti langkah-langkah ini untuk menghitung impedansi jalur PCB Anda:

  1. Pilih Jenis Jalur Transmisi: Pilih dari microstrip, stripline, pasangan diferensial, atau coplanar waveguide.
  2. Masukkan Properti Material: Pilih preset (misalnya, FR-4 atau Rogers) atau masukkan konstanta dielektrik (εr) dan loss tangent secara manual.
  3. Tentukan Frekuensi: Masukkan frekuensi sinyal Anda dalam MHz atau GHz.
  4. Isi Dimensi Jalur: Sertakan lebar jalur, ketebalan, tinggi dielektrik, dan jarak jika diperlukan.
  5. Pilih Opsi Lanjutan: Tetapkan target impedansi dan pilih untuk melihat perbandingan field solver dan persamaan jika diinginkan.
  6. Klik "Calculate Impedance": Lihat langsung hasil impedansi, konstanta dielektrik efektif, estimasi kerugian, dan tata letak visual jalur.

Rumus Impedansi Utama

Microstrip (W/H ≤ 1):
\( Z_0 = \frac{87}{\sqrt{\varepsilon_r + 1.41}} \ln\left( \frac{5.98H}{0.8W + T} \right) \)
Stripline (Simetris):
\( Z_0 = \frac{60}{\sqrt{\varepsilon_r}} \ln\left( \frac{4H}{\pi(W + 1.1T)} \right) \)
Pasanan Diferensial:
\( Z_{diff} = 2 \cdot Z_{single} \cdot (1 + k) \)

Apa yang Akan Anda Lihat dalam Hasil

  • Impedansi yang Dihitung: Dalam ohm (Ω), dengan indikasi visual apakah nilainya mendekati target Anda
  • Kecepatan Propagasi dan Panjang Gelombang: Berguna untuk menentukan perilaku jalur transmisi pada frekuensi tinggi
  • Estimasi Kerugian: Rincian kerugian konduktor dan dielektrik (dalam dB/m)
  • Visualisasi Penampang: Tata letak grafis dari jalur dan material sekitarnya
  • Analisis Toleransi: Menunjukkan bagaimana variasi manufaktur memengaruhi impedansi

Siapa yang Dapat Mendapatkan Manfaat dari Alat Ini?

Kalkulator ini sangat berguna untuk:

  • Desainer PCB yang mengoptimalkan lebar jalur untuk memenuhi persyaratan 50Ω atau 100Ω
  • Insinyur yang membuat pasangan diferensial untuk sinyal USB, HDMI, atau LVDS
  • Mahasiswa yang mempelajari jalur transmisi dan teori elektromagnetik
  • Siapa saja yang melakukan analisis waktu transfer file atau analisis kecepatan data di mana desain jalur memengaruhi waktu sinyal

Alat ini juga berguna sebagai bagian dari rangkaian alat yang lebih luas termasuk kalkulator bandwidth, alat simulasi iMac, dan estimator kecepatan internet saat bekerja dengan sistem embedded yang terhubung.

FAQ – Pertanyaan yang Sering Diajukan

  • Apa itu impedansi karakteristik?
    Ini adalah impedansi yang dilihat oleh sinyal yang bergerak sepanjang jalur transmisi. Menyesuaikannya memastikan minimnya refleksi sinyal.
  • Berapa standar impedansi?
    Sebagian besar jalur single-ended dirancang untuk 50Ω, sedangkan pasangan diferensial ditujukan untuk 100Ω.
  • Material apa saja yang didukung?
    FR-4, Rogers 4350, Teflon/PTFE, dan entri kustom didukung. Material ini memengaruhi konstanta dielektrik dan loss tangent.
  • Apakah saya perlu mengubah satuan secara manual?
    Tidak. Kalkulator ini secara otomatis menangani satuan seperti mm, mil, oz, GHz, dan MHz.
  • Seberapa akurat alat ini?
    Alat ini menggunakan rumus standar industri dan mencakup perbandingan field solver. Untuk desain yang sangat kritis, alat simulasi atau pengukuran laboratorium tetap disarankan.

Ringkasan

PCB Impedance Calculator adalah tambahan yang berharga untuk perangkat alat insinyur mana pun. Alat ini memungkinkan analisis cepat desain jalur, membantu menghindari masalah dalam transmisi sinyal, dan memastikan sirkuit kecepatan tinggi memenuhi target desain. Baik Anda menggunakannya bersama alat lain seperti estimator kecepatan unduh, kalkulator waktu transfer, atau pemeriksaan kinerja sistem pada desktop iMac, kalkulator ini menyederhanakan bagian penting dari desain PCB.