Fórmulas de PCB y pistas

Las fórmulas de PCB y pistas relacionan la geometría del cobre con la capacidad de corriente, la resistencia y el aumento de temperatura. Estas calculadoras te ayudan a elegir anchos de pista y recuentos de vías que transporten la corriente de forma segura. Son esenciales para el enrutado de potencia y el diseño de placas de alta corriente.

Calculadoras de fórmulas de PCB y pistas

Resultado resuelto para cada fórmula de PCB y pistas

Fórmula Expresión Resultado resuelto
Capacidad de corriente de pista (IPC-2221) I = k × ΔT^0.44 × A^0.725 Constant k 0.025, Temperature Rise (°C) 2.5 °C, Cross-Section (mil²) 10 mil² → I = 0.1986 A
Resistencia de pista R = ρ × L / A (cobre) Length (cm) 0.1 cm, Area (cm²) 0.1 cm² → Resistance = 0.001724 mΩ
Caída de tensión en pista Vdrop = I × R Current 2 mA, Trace Resistance 1 Ω → Voltage Drop = 2 mV
Capacidad de corriente de vía (IPC-2221) I = k × ΔT^0.44 × A^0.725 Constant k 0.025, Temperature Rise (°C) 2.5 °C, Barrel Cross-Section (mil²) 10 mil² → I = 0.1986 A
Impedancia de microstrip Z₀ ≈ (87/√(εr+1.41)) × ln(5.98h/(0.8w+t)) Dielectric Constant εr 0.025, Dielectric Height (mm) 0.1 mm, Trace Width (mm) 0.22 mm, Copper Thickness (mm) 0.47 mm → Z₀ ≈ (87/√(εr+1.41)) × ln(5.98h/(0.8w+t)) = -5.607
Impedancia de stripline Z0 = (60/√εr) × ln(4h/(0.67π×(0.8w+t))) Dielectric Constant εr 0.25, Dielectric Height (mm) 1 mm, Trace Width (mm) 0.47 mm, Copper Thickness (mm) 0.22 mm → Z0 = 139.1 Ω
Impedancia de Par Diferencial Zdiff ≈ 2 × Z0 × (1 − 0.48 × e^(−0.96s/h)) Single-Ended Z0 1 Ω, Trace Spacing (mm) 0.1 mm, Dielectric Height (mm) 0.22 mm → Zdiff ≈ 2 × Z0 × (1 − 0.48 × e^(−0.96s/h)) = 1.379
Diafonía de extremo cercano NEXT = Kb × longitud Coupling Factor (dB/m) 0.025 dB/m, Coupled Length 1 mm → Crosstalk (dB) = 2.5 × 10⁻⁵ dB
Inductancia de vía L = 5.08 × h × (ln(4h/d) + 1) nH Via Height (mm) 0.1 mm, Via Diameter (mm) 0.22 mm → L = 0.03196 nH
Efectividad de Apantallamiento EMI SE = 20 × log10(Ei / Et) Incident Field 0.33 V, Transmitted Field 0.726 V → Shielding Effectiveness = -6.848 dB
Resistencia de dispersión del plano Rspread = ρ / (π × r) Resistivity (Ω·m) 0.025 Ω·m, Via/Pad Radius 0.1 mm → Spreading Resistance = 79.58 Ω
Retardo de propagación de línea de transmisión td = longitud × √(LC) Trace Length 0.1 cm, Inductance per Unit Length 0.1 nH/cm, Capacitance per Unit Length 0.01 pF/cm → td = 1 × 10⁻¹³ s
Estimación de Línea de Fuga / Distancia de Aislamiento clearance ≈ Vpeak / 500 mm Peak Working Voltage 0.33 V → clearance ≈ Vpeak / 500 mm = 6.6 × 10⁻⁴
Velocidad de propagación de señal en PCB vp = c / √(εr_eff) Effective Dielectric Constant 0.055 → Propagation Velocity = 1.28 × 10⁹
Resistencia de matriz de vías térmicas Rarray = Rsingle / n Single Via Thermal R 0.22 °C/W, Number of Vias 0.025 → Array Thermal Resistance = 8.8 °C/W
Peso de Cobre a Espesor t = oz × 35 µm Copper Weight (oz/ft²) 0.025 → Copper Thickness = 8.75 × 10⁻⁴ mm
Ancho del anillo anular AR = (Dpad − Ddrill) / 2 Pad Diameter 0.47 mm, Drill Diameter 0.22 mm → Annular Ring = 0.125 mm
Retardo de señal de pista de PCB td = longitud / vp Trace Length 0.1 mm, Propagation Velocity 0.025 → Signal Delay = 4 ms
Tolerancia de Impedancia Controlada ΔZ/Z = √((Δh/h)² + (Δw/w)² + (Δεr/εr)²) Δh/h (dielectric thickness) 2.5 %, Δw/w (trace width) 5.5 %, Δεr/εr (dielectric const.) 11.8 % → ΔZ/Z = 0.1326
Impedancia de Guía de Onda Coplanar Z0 = (30π/√εeff) · K(k′)/K(k) Signal Width 0.1 mm, Gap Width 0.22 mm, Dielectric Constant 0.025 → Impedance = 0.2568 kΩ
Frecuencia de Codo de la Señal fknee = 0.5 / tr Rise Time 100 ps → Knee Frequency = 5 GHz
Longitud Crítica de Línea de Transmisión lcrit = tr / (2 · tpd) Rise Time 100 ps, Propagation Delay 0.1 ps/mm → Critical Length = 50 cm
Frecuencia Resonante del Stub de Vía fres = c / (4 · lstub · √εr) Stub Length 0.1 mm, Dielectric Constant 0.025 → Resonant Frequency = 4740 GHz
Longitud de Onda Guiada en Dieléctrico λg = c / (f · √εr) Frequency 100 MHz, Dielectric Constant 0.025 → Guided Wavelength = 18.96 m

Variables usadas en las fórmulas de PCB y pistas

  • I — Corriente máxima (A)
  • k — Constante de capa: 0,048 para externas, 0,024 para pistas internas
  • ΔT — Aumento de temperatura permisible sobre el ambiente (°C)
  • A — Área de la sección transversal de la pista (mil²)
  • R — Resistencia de pista (Ω)
  • ρ — Resistividad del cobre (1,724 × 10⁻⁶ Ω·cm)
  • L — Longitud de la pista (cm)
  • Vdrop — Caída de tensión a través de la pista (V)
  • Z₀ — Impedancia característica (Ω)
  • εr — Constante dieléctrica relativa del sustrato (FR-4 ≈ 4,2-4,8)
  • h — Altura del dieléctrico entre la pista y el plano de masa (mm)
  • w — Ancho de la pista (mm)
  • t — Espesor del cobre (mm)
  • Z0 — Impedancia característica (Ω)
  • Zdiff — Impedancia diferencial (Ω)
  • s — Espaciado borde a borde entre pistas (mm)
  • NEXT — Nivel de diafonía de extremo cercano (dB)
  • Kb — Coeficiente de acoplamiento hacia atrás por unidad de longitud (dB/m)
  • longitud — Longitud del enrutamiento paralelo (acoplado) (m)
  • d — Diámetro del taladro de la vía (mm)
  • SE — Efectividad de apantallamiento (dB)
  • Ei — Intensidad del campo eléctrico incidente (V/m)
  • Et — Intensidad del campo eléctrico transmitido (V/m)
  • Rspread — Resistencia de dispersión (Ω)
  • r — Radio del punto de inyección de corriente (m)
  • td — Retardo de propagación (s)
  • L_per_unit — Inductancia por unidad de longitud (H/m)
  • C_per_unit — Capacitancia por unidad de longitud (F/m)
  • V_peak — Tensión de trabajo de pico entre conductores (V)
  • v_p — Velocidad de propagación (m/s)
  • ε_r_eff — Permitividad relativa efectiva de la línea de transmisión
  • R_array — Resistencia térmica combinada de la matriz de vías (°C/W)
  • R_single — Resistencia térmica de una vía (°C/W)
  • n — Número de vías en la matriz
  • oz — Peso del cobre en oz/ft²
  • AR — Ancho del anillo anular (m)
  • D_pad — Diámetro de la almohadilla de cobre (m)
  • D_drill — Diámetro del orificio taladrado acabado (m)
  • Δh/h — Tolerancia relativa del espesor del dieléctrico (relación)
  • Δw/w — Tolerancia relativa del ancho de pista (relación)
  • Δεr/εr — Tolerancia relativa de la constante dieléctrica (relación)
  • S — Ancho de la pista central de señal (m)
  • W — Separación a cada tierra (m)
  • εeff — Permitividad efectiva ≈ (εr+1)/2
  • fknee — Frecuencia de codo (Hz)
  • tr — Tiempo de subida (o bajada) de la señal, 10–90 % (s)
  • lcrit — Longitud crítica (eléctricamente larga) (m)
  • tpd — Retardo de propagación por unidad de longitud (s/m)
  • fres — Frecuencia resonante de cuarto de onda (Hz)
  • lstub — Longitud del stub de vía no utilizado (m)
  • c — Velocidad de la luz
  • λg — Longitud de onda guiada en el medio (m)
  • f — Frecuencia (Hz)

Preguntas frecuentes sobre PCB y pistas

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