PCB 電源プレーンインピーダンス計算ツール

PDN（電力供給ネットワーク）設計のためのPCB電源プレーン拡散インピーダンス、プレーンキャパシタンス、インダクタンス、および自己共振周波数を計算します。

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公式

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

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

εr — Dielectric constant

A — Plane area (m²)

d — Dielectric thickness (m)

f_res — Self-resonant frequency (Hz)

仕組み

電源プレーンインピーダンスは、配電ネットワークの電気的性能を決定するプリント基板 (PCB) 設計における重要なパラメータです。パワープレーンは、電気エネルギーをコンポーネントに供給するための低インピーダンスのリザーバーの役割を果たしますが、その有効性は形状、誘電特性、および層構成の影響を受けます。プレーンのインピーダンスを理解することで、エンジニアは電圧ノイズを最小限に抑え、高速デジタル回路とアナログ回路全体で安定した電力を供給できるようになります。

計算例

問題：FR-4基板（δr = 4.3）、平面面積が100 cm²、誘電体の厚さが0.1 mmの PCB の電源プレーン容量と自己共振周波数を計算します。

解決策: 1.プレーンキャパシタンス:C = (8.854e-12 * 4.3 * 0.01)/0.0001 = 3.82 μF

2.プレーンインダクタンス: L ≈0.3 * 0.0001 * √ (0.1/0.1) = 0.003 nH

3.自己共振周波数: fr = 1/ (2π √ (3.82e-6 * 0.003e-9)) ≈5.7 MHz

実践的なヒント

✓複数のバイパスコンデンサを使用して、周波数範囲全体でインピーダンスを低減します
✓平面の分割と不連続性を最小限に抑える
✓グランドプレーンの対称性と信号リターンパスを検討してください

よくある間違い

✗誘電体の厚さのばらつきを無視
✗電源プレーン設計における寄生インダクタンスの軽視
✗PCB全体で均一なプレーンインピーダンスの仮定の使用

よくある質問

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