pcb阻抗条脚本

以下是一个生成PCB阻抗测试条的Python脚本示例，结合了阻抗计算和DXF图形生成功能：

import math
import ezdxf
from ezdxf import units

def calculate_impedance(w, t, h, er, trace_type='microstrip'):
    """
    计算PCB走线特征阻抗
    :param w: 走线宽度 (mm)
    :param t: 走线厚度 (mm)
    :param h: 介质厚度 (mm)
    :param er: 介电常数
    :param trace_type: 走线类型 ('microstrip' or 'stripline')
    :return: 特征阻抗 (Ohms)
    """
    w, t, h = float(w), float(t), float(h)

    if trace_type == 'microstrip':
        # 微带线阻抗简化计算
        eff = (er + 1)/2 + (er - 1)/2 * math.pow(1 + 12*h/w, -0.5)
        if w/h <= 1:
            z0 = 60 / math.sqrt(eff) * math.log(8*h/w + 0.25*w/h)
        else:
            z0 = 120 * math.pi / math.sqrt(eff) / (w/h + 1.393 + 0.667*math.log(w/h + 1.444))
        return round(z0, 1)

    elif trace_type == 'stripline':
        # 带状线阻抗简化计算
        b = 2*h + t
        if w/(b-t) < 0.35:
            z0 = 60 / math.sqrt(er) * math.log(4*b/(math.pi*(0.67*math.pi*w*(0.8 + t/w))))
        else:
            z0 = 94.15 / math.sqrt(er) / (w/b + 1.5*math.pi)
        return round(z0, 1)

    return 0

def generate_impedance_coupon():
    # 用户输入参数
    material_params = {
        'er': 4.2,          # FR-4介电常数
        'thickness': 0.2,   # 介质厚度(mm)
        'copper_thick': 0.035  # 铜厚(mm)
    }

    # 阻抗条配置
    coupon_params = {
        'width_range': (0.1, 0.3),   # 线宽范围(mm)
        'width_step': 0.02,          # 线宽步长
        'length': 20.0,              # 走线长度(mm)
        'spacing': 1.0,              # 阻抗线间距(mm)
        'margin': 5.0,               # 板边间距(mm)
        'test_points': True,         # 添加测试点
        'trace_type': 'microstrip'   # 走线类型
    }

    # 创建DXF文档
    doc = ezdxf.new('R2010', setup=True)
    doc.units = units.MM

    # 添加图层
    doc.layers.add('TOP_TRACE', color=1)
    doc.layers.add('BOTTOM_TRACE', color=2)
    doc.layers.add('TEST_POINTS', color=3)
    doc.layers.add('TEXT', color=4)

    msp = doc.modelspace()

    # 生成阻抗测试线
    y_pos = coupon_params['margin']
    widths = []
    current_width = coupon_params['width_range'][0]
    while current_width <= coupon_params['width_range'][1]:
        widths.append(current_width)
        current_width += coupon_params['width_step']

    # 计算结果容器
    results = []

    # 绘制走线
    for i, width in enumerate(widths):
        # 计算阻抗
        impedance = calculate_impedance(
            w=width,
            t=material_params['copper_thick'],
            h=material_params['thickness'],
            er=material_params['er'],
            trace_type=coupon_params['trace_type']
        )

        # 记录结果
        results.append((width, impedance))

        # 顶部走线
        start_point = (coupon_params['margin'], y_pos)
        end_point = (coupon_params['margin'] + coupon_params['length'], y_pos)

        # 创建走线 (矩形表示)
        points = [
            (start_point[0], start_point[1] - width/2),
            (end_point[0], end_point[1] - width/2),
            (end_point[0], end_point[1] + width/2),
            (start_point[0], start_point[1] + width/2)
        ]
        msp.add_lwpolyline(points, close=True, dxfattribs={'layer': 'TOP_TRACE'})

        # 添加测试点
        if coupon_params['test_points']:
            msp.add_circle(start_point, 0.5, dxfattribs={'layer': 'TEST_POINTS'})
            msp.add_circle(end_point, 0.5, dxfattribs={'layer': 'TEST_POINTS'})

        # 添加标注
        label = f"W={width:.3f}mm Z={impedance}Ω"
        msp.add_text(
            label, 
            dxfattribs={'layer': 'TEXT', 'height': 0.8}
        ).set_pos(
            (end_point[0] + 2, y_pos - 0.5), 
            align='LEFT'
        )

        y_pos += width + coupon_params['spacing']

    # 添加参考地平面
    total_height = y_pos - coupon_params['margin'] + coupon_params['spacing']
    ground_plane = [
        (0, 0),
        (coupon_params['margin'] * 2 + coupon_params['length'], 0),
        (coupon_params['margin'] * 2 + coupon_params['length'], total_height),
        (0, total_height)
    ]
    msp.add_lwpolyline(ground_plane, close=True, dxfattribs={'layer': 'BOTTOM_TRACE'})

    # 添加标题
    title = f"阻抗测试条 ({coupon_params['trace_type']} | 介电常数={material_params['er']} " \
            f"介质厚={material_params['thickness']}mm)"
    msp.add_text(
        title, 
        dxfattribs={'layer': 'TEXT', 'height': 1.2}
    ).set_pos(
        (coupon_params['margin'], -3), 
        align='LEFT'
    )

    # 保存DXF文件
    doc.saveas('impedance_coupon.dxf')
    print(f"阻抗测试条已生成: impedance_coupon.dxf")

    # 打印汇总表
    print("\n阻抗计算结果汇总:")
    print("宽度(mm)\t阻抗(Ω)")
    print("-" * 30)
    for width, imp in results:
        print(f"{width:.3f}\t\t{imp}")

    return results

if __name__ == "__main__":
    generate_impedance_coupon()

功能说明：

阻抗计算：
- 支持微带线(microstrip)和带状线(stripline)两种模型
- 考虑线宽、介质厚度、铜厚和介电常数等参数
- 使用IEEE近似公式进行快速计算
DXF输出：
- 自动生成阻抗测试条的DXF图形文件
- 包含分层设计（走线层、测试点层、文字层）
- 每条走线标注线宽和计算阻抗值
测试条结构：
- 可调节的线宽范围和步进值
- 带测试点的等长走线
- 底部参考地平面
- 文字标注说明

使用步骤：

修改脚本中的材料参数：

material_params = {
   'er': 4.2,          # 实际介电常数
   'thickness': 0.2,   # 介质厚度(mm)
   'copper_thick': 0.035  # 铜厚(mm)
}

配置阻抗条参数：

coupon_params = {
   'width_range': (0.1, 0.3),   # 线宽范围(mm)
   'width_step': 0.02,          # 线宽步长
   'length': 20.0,              # 走线长度
   'spacing': 1.0,              # 走线间距
   'trace_type': 'microstrip'   # 走线类型
}

运行脚本生成DXF文件：
```
python impedance_coupon.py
```

输出结果示例：

阻抗测试条已生成: impedance_coupon.dxf

阻抗计算结果汇总:
宽度(mm)    阻抗(Ω)
------------------------------
0.100       74.3
0.120       69.1
0.140       64.7
...         ...