PCB İz Empedansı Nasıl Hesaplanır?
PCB iz empedansı, iz genişliği (w), dielektrik yüksekliği (h), iz kalınlığı (t) ve dielektrik sabitine (εr) bağlıdır. Mikroşerit için yaklaşık formül: Z0 ≈ (87/√(εr+1,41)) × ln(5,98h / (0,8w + t)). İz genişliği artınca empedans düşer, dielektrik yüksekliği artınca empedans artar. FR4 üzerinde tipik hedefler 50 Ω (RF) ve 90–100 Ω (diferansiyel).
PCB iz empedansı, bir izin yüksek frekanslı bir sinyale karşı gösterdiği karakteristik empedanstır. Yüksek hızlı sayısal (USB, Ethernet) ve RF sinyallerde bu empedansın kontrol edilmesi şarttır; aksi halde sinyal izin sonunda yansır, bozulur ve veri hataları oluşur. Bu yüzden bir PCB tasarlarken kritik izler belirli bir empedansa (ör. 50 Ω) göre çizilir.
Kontrollü empedans neden gerekir?
Sinyal frekansı yükseldikçe iz artık basit bir kablo gibi değil, bir iletim hattı gibi davranır. İzin karakteristik empedansı kaynak ve yük empedansına uymazsa sinyalin bir kısmı geri yansır. Bu yansımalar; zil (ringing), sinyal bütünlüğü kaybı ve EMI'ye yol açar. Çözüm, izi baştan sona sabit bir empedansta tutmaktır — buna "kontrollü empedans" denir.
Mikroşerit (microstrip) formülü
Referans düzlemin üstünde, dış katmanda ilerleyen bir iz için yaklaşık empedans:
Z0 ≈ (87 / √(εr + 1,41)) × ln( 5,98h / (0,8w + t) )
| Sembol | Anlamı | Not |
|---|---|---|
| Z0 | Karakteristik empedans | Ohm (Ω) |
| εr | Dielektrik sabiti | FR4 ≈ 4,3 |
| h | Dielektrik yüksekliği (iz ↔ düzlem) | mm / mils |
| w | İz genişliği | mm / mils |
| t | İz (bakır) kalınlığı | mm / mils |
Yaygın hedef empedanslar
| Uygulama | Hedef empedans |
|---|---|
| RF / anten hattı (tek-uçlu) | 50 Ω |
| USB (diferansiyel) | 90 Ω |
| Ethernet / LVDS (diferansiyel) | 100 Ω |
Empedansı ne etkiler?
- İz genişliği (w): artınca empedans düşer.
- Dielektrik yüksekliği (h): artınca empedans artar.
- Dielektrik sabiti (εr): artınca empedans düşer.
Yani 50 Ω hedeflerken izi genişletmek empedansı düşürür, referans düzlemi uzaklaştırmak yükseltir.
Çözümlü örnek
FR4 (εr = 4,3), h = 0,2 mm (≈ 7,87 mils), w = 0,3 mm (≈ 11,8 mils), t = 1 oz (≈ 1,4 mils):
- 87 / √(4,3 + 1,41) = 87 / 2,39 ≈ 36,4
- 5,98 × 7,87 / (0,8 × 11,8 + 1,4) = 47,1 / 10,8 ≈ 4,35 → ln(4,35) ≈ 1,47
- Z0 ≈ 36,4 × 1,47 ≈ 53 Ω (50 Ω hedefine yakın; izi biraz genişletmek tam 50'ye indirir)
Önemli uyarı
Bu formül yaklaşıktır. Gerçek tasarımda üreticinin katman yığını (stackup) ve bir 2B alan çözücü (field solver) kullanmak şarttır. Ayrıca iç katmandaki iz (stripline) için formül farklıdır ve iki referans düzlemi arasında ilerler. Kritik hatlarda mutlaka üretici ile empedans kontrolü teyit edin.
Hesaplayıcıyı kullan
Dielektrik sabiti, yükseklik, genişlik ve kalınlığı girip hedef empedansı yakalamak için PCB İz Empedansı Hesaplayıcımızı kullanabilirsin.