Calculadora de impedancia microstrip
Calcula la impedancia característica de una pista microstrip de PCB según ancho, altura del dieléctrico, espesor del cobre y εr (Hammerstad-Wheeler e IPC-2141), con permitividad efectiva y retardo.
Cómo funciona
εeff = (εr + 1)/2 + (εr − 1)/2 × (1 + 12h/w)^−½ [+ término 0.04(1 − w/h)² si w/h < 1] · w/h ≤ 1: Z₀ = 60/√εeff × ln(8h/w + w/4h) · w/h ≥ 1: Z₀ = 120π / [√εeff × (w/h + 1.393 + 0.667 ln(w/h + 1.444))] · espesor: w_ef = w + (t/π)(1 + ln(2h/t)) · IPC-2141: Z₀ = 87/√(εr + 1.41) × ln(5.98h / (0.8w + t))
Una microstrip es una pista en una capa exterior del PCB sobre un plano de tierra continuo, con dieléctrico debajo y aire encima, así que la onda viaja en parte por cada medio y ve una permitividad efectiva entre 1 y εr. Las ecuaciones cerradas de Hammerstad-Wheeler que se usan aquí tienen una precisión de alrededor del 1% para 0.1 < w/h < 20; la fórmula IPC-2141, más simple, se muestra para comparar y solo es fiable para w/h entre 0.1 y 2. En placas con impedancia controlada confirma el apilado con tu fabricante, porque la máscara antisoldante y el εr real del FR-4 cambian Z₀ varios ohmios.
Ejemplo resuelto
Una pista de 3 mm de cobre de 35 µm sobre FR-4 de 1.6 mm (εr 4.5): w/h = 1.875, εeff = 3.393 y el espesor ensancha la pista a un ancho efectivo de 3.061 mm, lo que da Z₀ = 49.74 Ω: una línea de 50 Ω. IPC-2141 da 48.97 Ω y las señales viajan a 6.14 ps/mm (factor de velocidad 0.543).
Fuentes: Hammerstad, E. & Jensen, O. (1980) — Accurate Models for Microstrip Computer-Aided Design, IEEE MTT-S · Wikipedia — Microstrip (characteristic impedance)
Preguntas frecuentes
¿Qué ancho de pista da 50 Ω en FR-4 de 1.6 mm?
Unos 2.9–3.0 mm para una microstrip con cobre de 35 µm y εr ≈ 4.5. En una placa de 4 capas con 0.2 mm hasta el plano de tierra son solo unos 0.35 mm, por eso las placas de RF usan dieléctricos delgados.
¿Qué diferencia hay entre microstrip y stripline?
La microstrip va en una capa exterior con aire encima; la stripline va enterrada entre dos planos de tierra. La stripline no radia y su εeff = εr, así que el mismo ancho da una impedancia menor.
¿La máscara antisoldante cambia la impedancia?
Sí. Una capa de 20–30 µm de máscara (εr ≈ 3.5–4) sobre la pista suele bajar Z₀ entre 1 y 3 Ω. Los fabricantes la incluyen en sus modelos de impedancia.
¿Qué εr uso para el FR-4?
El FR-4 varía con el tejido de vidrio, el contenido de resina y la frecuencia, de unos 4.7 a 1 MHz a unos 4.2 a pocos GHz. Pide a tu fabricante el εr del laminado real.
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Esta calculadora tiene fines informativos. Verifica los resultados importantes antes de tomar decisiones.