PCB

PCB-Powerplane-Impedanzrechner

Berechnen Sie die Spreizungsimpedanz der Leiterplatte, die Ebenenkapazität, die Induktivität und die Eigenresonanzfrequenz für das PDN-Design (Power Delivery Network).

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Formel

C = \frac{\varepsilon_r \varepsilon_0 A}{d},\quad f_{res} = \frac{1}{2\pi\sqrt{LC}}

Referenz: IPC-2141A / Larry Smith PDN analysis techniques

εr— Dielectric constant

A— Plane area (m²)

d— Dielectric thickness (m)

f_res— Self-resonant frequency (Hz)

Wie es funktioniert

Die Impedanz der Leistungsebene ist ein kritischer Parameter beim Leiterplattendesign (PCB), der die elektrische Leistung von Stromverteilungsnetzen bestimmt. Stromversorgungsebenen dienen als Speicher mit niedriger Impedanz für die Versorgung von Komponenten mit elektrischer Energie. Ihre Effektivität wird von der Geometrie, den dielektrischen Eigenschaften und dem Lagenaufbau beeinflusst. Das Verständnis der Ebenenimpedanz hilft Ingenieuren, Spannungsrauschen zu minimieren und eine stabile Stromversorgung über digitale und analoge Hochgeschwindigkeitsschaltungen sicherzustellen.

Bearbeitetes Beispiel

Aufgabe: Berechnung der Kapazität der Leistungsebene und der Eigenresonanzfrequenz für eine Leiterplatte mit FR-4-Substrat (δr = 4,3), einer ebenen Fläche von 100 cm² und einer dielektrischen Dicke von 0,1 mm Lösung: 1. Ebenenkapazität: C = (8,854e-12 * 4,3 * 0,01)/0,0001 = 3,82 μF 2. Ebeneninduktivität: L ≈ 0,3 * 0,0001 * √ (0,1/0,1) = 0,003 nH 3. Eigenresonanzfrequenz: fr = 1/ (2δ√ (3,82e-6 * 0,003e-9)) ≈ 5,7 MHz

Praktische Tipps

✓Verwenden Sie mehrere Bypass-Kondensatoren, um die Impedanz in allen Frequenzbereichen zu reduzieren
✓Minimiert Ebenenbrüche und Diskontinuitäten
✓Berücksichtigen Sie die Symmetrie der Grundebene und die Signalrückwege

Häufige Fehler

✗Abweichungen der dielektrischen Dicke ignorieren
✗Vernachlässigung parasitärer Induktivitäten bei der Konstruktion von Antriebsebenen
✗Verwendung einheitlicher Annahmen zur Ebenenimpedanz auf der gesamten Leiterplatte

Häufig gestellte Fragen

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