De ce conteaza impedanta?
Daca ai proiectat doar circuite cu LED-uri si Arduino, impedanta nu a fost o problema. Dar momentul in care adaugi USB, Ethernet, HDMI sau orice semnal peste cateva zeci de MHz, lucrurile se schimba dramatic.
Un traseu pe PCB nu e doar un fir - e o linie de transmisie. Iar daca impedanta ei nu se potriveste cu ce asteapta sursa si receptorul, semnalul se reflecta inapoi. Rezultat: erori de date, interferente, si un proiect care "merge cateodata".
Ce Este Impedanta Caracteristica?
Impedanta caracteristica (masurata in Ohmi, Ω) depinde de:
- Latimea traseului - mai lat = impedanta mai mica
- Distanta pana la planul de referinta - mai departe = impedanta mai mare
- Constanta dielectrica (Dk) - FR4 standard are Dk ~4.5
- Grosimea cuprului - efect mai mic, dar exista
Formula e complicata si variaza in functie de configuratie. De aceea folosim calculatoare.
Valori Standard de Impedanta
| Interfata | Single-Ended | Diferential |
|---|---|---|
| Semnale generice | 50Ω | - |
| USB 2.0 | - | 90Ω |
| USB 3.0 | - | 90Ω |
| HDMI | - | 100Ω |
| Ethernet 10/100 | - | 100Ω |
| PCIe | - | 85Ω |
| DDR3/DDR4 | 40-60Ω | 80-120Ω |
| SATA | - | 100Ω |
Toleranta standard acceptata e ±10%. Mai mult si risti probleme de semnal.
Microstrip vs Stripline
Doua configuratii de baza pentru trasee cu impedanta controlata.
Microstrip
Traseul e pe stratul exterior, cu un singur plan de referinta (GND) sub el.
Avantaje:
- Mai usor de fabricat
- Trasee mai late pentru aceeasi impedanta
- Pierderi dielectrice mai mici (partial in aer)
Dezavantaje:
- EMI mai mare (neprotejat)
- Sensibil la variatii de grosime solder mask
Stripline
Traseul e pe un strat interior, intre doua planuri de referinta.
Avantaje:
- EMI mult redus (ecranat)
- Trasee mai inguste pentru aceeasi impedanta
- Performanta mai consistenta
Dezavantaje:
- Necesita minim 4 straturi
- Mai scump de fabricat
- Pierderi dielectrice mai mari
Ce Sa Alegi?
Pentru majoritatea proiectelor cu USB sau Ethernet pe placi de 2 straturi, microstrip e singura optiune si functioneaza bine.
Pentru design-uri critice (DDR4, PCIe, RF), stripline pe placi de 4+ straturi e recomandat.
Citeste mai multe despre tipurile de PCB in ghidul nostru pentru incepatori.
Calculul Impedantei
Instrumente Online
- JLCPCB Impedance Calculator - gratuit, integrat cu stack-up-urile lor
- Saturn PCB Toolkit - software desktop comprehensive
- PCBWay Calculator - simplu si rapid
Pentru calcule rapide de latime traseu, foloseste si calculatorul nostru.
Exemplu Practic: USB 2.0 pe 2 Straturi
Parametri tipici:
- Impedanta tinta: 90Ω diferential
- Grosime PCB: 1.6mm
- Cupru: 1oz (35μm)
- Dk FR4: 4.5
Rezultat aproximativ:
- Latime traseu: 0.45mm
- Spatiu intre pereche: 0.2mm
Dar nu te baza pe aproximari! Calculeaza exact cu stack-up-ul producatorului tau.
---
🔧 Proiect cu USB, HDMI sau High-Speed?
WellPCB Romania ofera:
- ✅ Calcul impedanta gratuit pe stack-up-urile noastre
- ✅ Placi cu impedanta controlata si testata TDR
- ✅ Toleranta ±10% garantata
- ✅ Raport de testare la cerere
Solicita Calcul Impedanta Gratuit →
---
Perechi Diferentiale - Reguli de Rutare
Perechile diferentiale (cum sunt USB D+/D-) trebuie rutate cu atentie speciala.
Reguli de Baza
1. Lungimi egale - diferenta maxima acceptata: 5 mil (0.127mm) pe segment
2. Spatiu constant - pastreaza gap-ul consistent pe tot traseul
3. Simetrie la vias - daca ai via pe un traseu, pune si pe celalalt
4. Evita discontinuitatile - nu schimba latime sau spatiu brusc
Greseli Frecvente
Neckdown la BGA/componente - Cand treci printr-un spatiu ingust, nu strangula doar un traseu. Modifica ambele simetric sau cauta alta cale.
Via singular pe pereche - Un via adauga inductanta. Daca pui doar pe un traseu, dezechilibrezi perechea.
Rutare nesimetrica la cotituri - La un unghi, traseul exterior parcurge mai mult. Compenseaza cu serpentine pe traseul interior.
Comunicarea cu Producatorul
Impedanta controlata nu se specifica doar in Gerber. Trebuie comunicata explicit.
Ce Sa Includzi in Comanda
1. Valoarea impedantei - ex: "90Ω diferential"
2. Toleranta - standard ±10%, mai stransa costa extra
3. Layer si trasee - care layer, care net-uri
4. Stack-up dorit (optional) - sau lasa producatorul sa propuna
Exemplu de Nota Tehnica
代码示例:
Impedance Requirements:
- Layer 1 (Top): USB_DP/USB_DN differential pair, 90Ω ±10%
- Layer 1 (Top): HDMI_D0+/D0-, HDMI_D1+/D1-, HDMI_D2+/D2-, 100Ω ±10%
- All other traces: no controlled impedance required
代码示例:
Testare TDR
TDR (Time Domain Reflectometry) e metoda standard de verificare. Producatorul trimite un puls si masoara reflexiile.
Pentru serii de productie, cere raport TDR. Pentru prototipuri mici, de obicei nu se testeaza fiecare placa.
Impact Asupra Costului
Impedanta controlata adauga cost, dar cat de mult?
| Factor | Impact Cost |
|---|---|
| Calcul impedanta | Mic sau gratuit |
| Stack-up non-standard | Moderat |
| Testare TDR | +10-20% |
| Toleranta ±5% | +30-50% |
| Material low-loss | +100%+ |
Pentru majoritatea proiectelor cu USB/Ethernet, costul suplimentar e minimal. Problemele de semnal din cauza impedantei nepotrivite costa mult mai mult.
Cand NU Ai Nevoie de Impedanta Controlata
Nu orice traseu necesita control de impedanta:
- Semnale lente (I2C, SPI sub 10MHz, GPIO)
- Alimentare (doar latime adecvata pentru curent)
- Trasee scurte (sub 1/10 din lungimea de unda)
- LED-uri, relee, senzori simpli
Regula practica: daca rise time-ul semnalului x 6 e mai mare decat lungimea traseului in ns, nu ai nevoie.
Materiale Speciale pentru High-Speed
FR4 standard functioneaza pana la cateva sute MHz. Deasupra, pierderile devin problematice.
Alternative la FR4
| Material | Dk | Pierderi | Cost | Aplicatii |
|---|---|---|---|---|
| FR4 standard | 4.5 | Mari | $ | USB, Ethernet |
| FR4 low-loss | 4.2 | Moderate | $$ | PCIe, DDR4 |
| Rogers 4350B | 3.5 | Mici | $$$ | RF, 5G |
| Megtron 6 | 3.4 | Foarte mici | $$$$ | 25Gbps+ |
Pentru comparatie detaliata, citeste articolul nostru FR4 vs Rogers.
Concluzie
Impedanta controlata nu e magie - e fizica aplicata. Pentru USB si Ethernet, e destul de simplu: calculeaza latimea corecta, ruteaza perechile diferentiale cu atentie, si comunica clar cu producatorul.
Checklist pentru design cu impedanta controlata:
- ✅ Identifica semnalele care necesita control
- ✅ Calculeaza latimea traseelor pentru stack-up-ul ales
- ✅ Ruteaza perechile diferentiale simetric
- ✅ Evita discontinuitati (via-uri nesimetrice, neckdown)
- ✅ Documenteaza cerintele in nota tehnica
- ✅ Verifica cu producatorul inainte de fabricatie
Si daca ceva nu functioneaza, verifica mai intai impedanta inainte sa dai vina pe firmware.
---
Surse si Referinte
1. Altium - How to Calculate Impedance-Controlled Routing - Ghid detaliat Altium
2. Cadence - Controlled Impedance Design Guide - Best practices Cadence
3. Analog Devices - Microstrip and Stripline Tutorial - Tutorial clasic MT-094
4. Sierra Circuits - Why Controlled Impedance Matters - Explicatii practice