ResiCalcEngineering Lab

パターンインピーダンス 計算ツール

マイクロストリップ・ストリップライン

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Quick Answer

Microstrip impedance depends heavily on the trace width, dielectric height (prepreg/core thickness), and the substrate's dielectric constant (Er).

Documentation

トレースインピーダンス 計算ツール

高速ディジタルおよび RF 設計向けに、マイクロストリップ／ストリップライン PCB トレースの特性インピーダンスを計算します。

マイクロストリップのインピーダンス

PCB 外層のトレースの場合：

Z0 = (87 / √(Er + 1.41)) × ln(5.98 × H / (0.8 × W + T))

ここで Z0 はインピーダンス（Ω）、Er は比誘電率、H は誘電体厚、W はトレース幅、T は銅箔厚です。

設計のポイント

  1. FR-4 の比誘電率は通常 4.2〜4.6
  2. 基板メーカーの制御インピーダンススタックアップを使う
  3. 差動ペアは間隔を一定に保つ
  4. インピーダンス制御トレースはリファレンスプレーン上に配線する

関連ツール

  • PCBトレース幅計算ツール
  • リアクタンス計算ツール
  • 周波数 ↔ 波長計算ツール

Design Notes

This calculator uses IPC-2141 analytic approximations, which are excellent for sub-GHz designs. However, for precise multi-gigabit routing (PCIe, USB 3.0, DDR4), you must rely on 2D/3D field solvers (like Si9000 or built-in Altium/KiCad solvers) and work directly with your PCB manufacturer's controlled-impedance stackup. Prepreg thickness often shrinks during pressing; always let the fab house tweak your final trace width.

Common Mistakes

  • 1

    Not referencing a solid, continuous ground plane directly beneath the trace (routing over splits causes huge impedance discontinuities).

  • 2

    Ignoring the solder mask effect: Solder mask slightly lowers the impedance of an external microstrip by 2-3 ohms.

  • 3

    Using generic FR4 formulas for precise 5GHz+ RF feeds without accounting for the varying Er of woven glass weaves.

Engineering Handbox

1. Apply Microstrip: Z0 = (87 / √(4.4 + 1.41)) × ln((5.98 × 0.18) / (0.8 × 0.3 + 0.035)) 2. Z0 = 36.12 × ln(1.0764 / 0.275) 3. Z0 = 36.12 × 1.364 = 49.2 Ω

VerificationThe characteristic impedance is ~49.2 Ohms, perfect for standard 50Ω RF or single-ended logic routing.

Knowledge Base

PCBパターンの標準インピーダンスは？

シングルエンド：50Ω。映像信号：75Ω。USB/HDMI/Ethernet差動：90Ω/100Ω。

マイクロストリップとストリップラインの違いは？

マイクロストリップ：外層に1つの基準面。ストリップライン：内層を2つのGND面で挟む。ストリップラインはEMI遮蔽に優れる。

FR4の誘電率は？

1MHzで約4.2〜4.8。高周波（1〜10GHz）では3.8〜4.2に低下。

フィールドソルバーは必要？

1GHz以下では解析式で十分。マルチギガビット信号（PCIe、USB3.0）では2Dソルバー推奨。

ソルダーレジストの影響は？

誘電体層が追加され、インピーダンスが約2〜3Ω低下します。

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