Calculadora de impedância do plano de potência PCB

Calcule a impedância de espalhamento do plano de potência do PCB, a capacitância do plano, a indutância e a frequência autorressonante para o projeto de PDN (rede de fornecimento de energia).

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Fórmula

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

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

εr — Dielectric constant

A — Plane area (m²)

d — Dielectric thickness (m)

f_res — Self-resonant frequency (Hz)

Como Funciona

A impedância do plano de potência é um parâmetro crítico no design da placa de circuito impresso (PCB) que determina o desempenho elétrico das redes de distribuição de energia. Os planos de potência atuam como reservatórios de baixa impedância para fornecer energia elétrica aos componentes, com sua eficácia influenciada pela geometria, propriedades dielétricas e empilhamento de camadas. Compreender a impedância plana ajuda os engenheiros a minimizar o ruído de tensão e garantir o fornecimento estável de energia em circuitos digitais e analógicos de alta velocidade.

Exemplo Resolvido

Problema: Calcule a capacitância do plano de potência e a frequência autorressonante para um PCB com substrato FR-4 (θr = 4,3), área plana de 100 cm² e espessura dielétrica de 0,1 mm

Solução: 1. Capacitância plana: C = (8,854e-12 * 4,3 * 0,01) /0,0001 = 3,82 μF

2. Indutância plana: L ≈ 0,3 * 0,0001 * √ (0,1/0,1) = 0,003 nH

3. Frequência autorressonante: fr = 1/ (2π √ (3,82e-6 * 0,003e-9)) ≈ 5,7 MHz

Dicas Práticas

✓Use vários capacitores de desvio para reduzir a impedância em todas as faixas de frequência
✓Minimize divisões e descontinuidades de planos
✓Considere a simetria do plano terrestre e os caminhos de retorno do sinal

Erros Comuns

✗Ignorando variações de espessura dielétrica
✗Negligenciando indutâncias parasitárias no projeto de planos de potência
✗Usando suposições de impedância plana uniforme em todo o PCB

Perguntas Frequentes

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