PCB 阻抗計算器 - 微帶線與帶狀線
使用標準 IPC 公式計算微帶線與帶狀線 PCB 走線阻抗，協助 RF 與高速 PCB 佈局達成精準阻抗匹配。
選擇走線幾何形狀，輸入物理尺寸與介電特性，然後按下計算即可取得以歐姆表示的特性阻抗。
PCB 阻抗計算器 - 微帶線與帶狀線
使用標準 IPC 公式計算微帶線與帶狀線 PCB 走線阻抗，協助 RF 與高速 PCB 佈局達成精準阻抗匹配。
關於 PCB 阻抗計算器
受控阻抗是高速數位設計、RF 電路，以及任何重視訊號完整性的 PCB 的基本需求。當傳輸線的特性阻抗與源端和負載阻抗不匹配時，部分訊號能量會反射回源端。這些反射會造成振鈴、過衝、資料錯誤，以及更高的電磁輻射。單端走線的標準目標通常是 50 Ω，高速數位標準中的差分對多為 100 Ω，而在視訊與有線電視應用中 75 Ω 也很常見。
微帶線是位於 PCB 外層銅箔上的走線，其下方是介質基板，上方是空氣。由於部分電場延伸到空氣中（εr = 1），另一部分位於介質中（εr > 1），因此有效介電常數介於兩者之間。常用的閉式近似公式為 Z₀ = (87 / √(εr + 1.41)) × ln(5.98H / (0.8W + T))，其中 W 是走線寬度，T 是走線厚度，H 是走線到底層參考平面的介質高度。所有尺寸必須使用相同單位——本計算器採用 mils（千分之一英吋），這是北美 PCB 設計中的標準單位。
帶狀線是嵌入 PCB 疊構內部的走線，其上、下方都有參考平面。周圍介質均勻，因此沒有空氣參與，且有效介電常數等於材料的 εr。其阻抗公式為 Z₀ = (60 / √εr) × ln(4B / (0.67π(0.8W + T)))，其中 B 是兩個參考平面之間的總距離。帶狀線具有更好的 EMI 屏蔽效果，但較難檢查與修改。
常見介質材料及其近似 εr 值：FR-4 標準為 4.2–4.8（多數業界使用 4.5 作為標稱值）；Rogers RO4003C：3.55；Rogers RO4350B：3.66；Rogers RT/duroid 5880：2.20；聚醯亞胺：3.5；PTFE：2.1。較低的 εr 會提高訊號傳播速度，並在相同幾何條件下提高阻抗。
走線厚度與銅箔重量有關。每平方英呎 1 盎司（1 oz）銅厚約為 1.378 mils。2 盎司銅厚約為 2.756 mils。大多數訊號走線使用 1 oz 銅；電源層常用 2 oz。PCB 製造商通常透過在製作過程中調整線寬來控制阻抗，並一般可在受控阻抗層上保證 ±10% 的阻抗精度。
PCB 阻抗範例
針對常見 PCB 疊構、目標為 50 Ω 的標準配置。
| 配置 | 阻抗 | 說明 |
|---|---|---|
| 微帶線：W=5.7mil, T=1.378mil, H=4mil, εr=4.5 | ≈ 50 Ω | 標準 FR-4、4 mil 介質下典型的單端 50 Ω 微帶線。這是商用 PCB 設計中最常見的目標阻抗。 |
| 微帶線：W=5mil, T=1.378mil, H=3.3mil, εr=3.66 | ≈ 50 Ω | Rogers RO4350B 上的 50 Ω 微帶線。較低的 εr 需要更窄的線寬，才能在相同介質高度下維持 50 Ω。 |
| 帶狀線：W=6.4mil, T=1.378mil, B=20mil, εr=4.5 | ≈ 50 Ω | FR-4 中的嵌入式 50 Ω 帶狀線。必須指定平面間距 B；減小 B 時，需要加寬 W 才能維持 50 Ω。 |
| 微帶線：W=14mil, T=1.378mil, H=4mil, εr=4.5 | ≈ 23 Ω | 較寬的走線會明顯降低阻抗。將線寬從約 5.7 mil 加倍到 14 mil，阻抗會從 50 Ω 降至約 23 Ω——可作為低阻抗電源走線的設計參考。 |
如何使用 PCB 阻抗計算器
- 選擇走線幾何：外層走線且上方為空氣時選微帶線；埋入式走線且上下都有參考平面時選帶狀線。
- 以 mils 輸入走線寬度 (W) 與走線厚度 (T)。銅厚取決於銅箔重量：1 oz ≈ 1.378 mils，2 oz ≈ 2.756 mils。
- 微帶線輸入介質高度 (H)——也就是從走線底部到參考平面的距離；帶狀線則輸入平面間距 (B)。
- 輸入 PCB 材料的介電常數 (εr)：標準 FR-4 約 4.5，Rogers RO4350B 約 3.66，Rogers RT/duroid 5880 約 2.2。
- 按下計算。調整線寬直到計算器回傳目標阻抗，然後將該線寬作為受控阻抗規格提供給 PCB 製造商。
PCB 阻抗計算器常見問題
為什麼 50 Ω 是大多數 PCB 走線的標準阻抗？
50 Ω 是在最小衰減（充氣同軸電纜約 77 Ω）與最大功率承載能力（約 30 Ω）之間形成的歷史折衷。它在 20 世紀中期被軍工與 RF 產業標準化，之後擴展到幾乎所有 RF 與高速數位標準，包括 USB、PCIe、HDMI 和乙太網路。75 Ω 則用於衰減更重要的場景，例如有線電視和廣播視訊。
閉式阻抗公式的精度如何？
本計算器使用的 Wadell 風格公式對典型 PCB 尺寸的精度約為 2–3%。PCB 製造商會使用二維場求解器（例如 Polar Si9000 或 Saturn PCB Design Toolkit），透過數值求解實際幾何的麥克斯威方程式，可達到優於 1% 的精度。對於快速設計估算，解析公式已經足夠；若量產板需要 ±5% 的阻抗控制，則應使用製造商的場求解器。
FR-4 的介電常數是多少？
FR-4 是玻璃纖維增強環氧樹脂層壓板。其介電常數會隨頻率與含濕量變化，在 1 MHz 時通常介於 4.2 到 4.8 之間。業界常用的標稱值是低頻下的 4.5。在 10 GHz 時，Dk 會下降到大約 4.0–4.2。對於數 GHz 以上的設計，可考慮低 Dk、低損耗材料，例如 Rogers RO4350B（Dk 3.66）或 RT/duroid 5880（Dk 2.20）。
銅厚如何影響走線阻抗？
較厚的銅（較高的 T）會略微降低阻抗，因為走線周圍的邊緣電場會增加等效寬度。在同一介質上，1 oz（1.378 mil）與 2 oz（2.756 mil）走線相比，通常需要將線寬縮窄約 1–2 mil 才能維持相同目標阻抗。計算器將 T 作為輸入，以考量這項影響。
微帶線中的有效介電常數是什麼？
在微帶線中，電場線一部分穿過基板，另一部分穿過走線上方的空氣。有效介電常數 εeff 是這兩種介質的加權平均，且始終介於 1 與 εr 之間。它決定了訊號在走線上的傳播速度：v = c / √εeff。帶狀線完全嵌入介質中，因此 εeff = εr。
做受控阻抗 PCB 生產時應指定什麼公差？
大多數商用 PCB 廠商可在受控阻抗層上保證 ±10% 的阻抗公差，而且通常不會有明顯溢價。高階供應商可透過更嚴格的製程控制達到 ±5% 或 ±7%。更緊的公差需要更頻繁的測試 coupon 和更高成本。對於大多數數位設計，±10% 已足夠；幾 GHz 以上的 RF 設計可能需要 ±5%。