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pcb布局电容放置 耦合电容如何布置

时间:2022-04-29 11:02:13 来源:PCBA 点击:0

pcb布局电容放置 耦合电容如何布置

电子是一家专门从事电子产品设计layout布线设计PCB设计的公司,主要从事多层、高密度PCB设计画板业务。拥有平均10年以上经验的PCB设计团队,能够熟练运用市场主流PCB设计软件,具有专业有效的沟通保证PCB设计的进度。接下来,PCB设计介绍解锁容量的配置技术。问:为什么把解锁容量放在附近

因为有有效半径,所以放远了就失效了。

电容解联的重要问题是容量的解耦半径。在许多PCB设计资料中提到容量配置尽可能接近芯片,许多PCB设计资料从降低电路电感的观点来讨论该配置距离的问题。

确实,减少电感是重要的原因,但是容量解耦半径的问题PCB设计很多资料都没有提及。如果容量布置离芯片太远并且超过了其解块半径,则容量失去其解块的作用。

理解解块半径的最佳方法是考虑噪声源与容量补偿电流之间的相位关系。当芯片对电流的需求改变时,必须首先感测该电压扰动,以在电源平面的小局部区域中产生电压扰动,并且电容补偿该电流(或电压)。

由于信号在介质中传播需要一定的时间,所以从局部电压扰动的产生到电容感测之间存在时间延迟。同样,电容补偿电流到达扰动区域也需要延迟。因此,噪声源与电容补偿电流之间的相位不匹配必然发生。

特定的容量对于与自身谐振频率相同的噪声补偿效应是最好的,并且在这个频率上测量该相位关系。

当从摄动区域到容量的距离达到时,补偿电流的相位与噪声源相差180度,即完全反转。此时补偿电流不再起作用,去耦作用失效,补偿能不能及时到达。为了有效地传递补偿能量,期望噪声源与补偿电流之间的相位差尽可能小且同相。距离越近相位差越小,补偿能量传输越多,距离为0时,补偿能量100%传递到扰动区域。这要求噪声源尽可能接近和小得多。在实际应用中,这个距离是ltendif--gt;之间,这是经验数据。

示例:

0.001uF陶瓷容量在安装到电路板后的总寄生电感为1.6nH的情况下,安装后的谐振频率为125.8MHz,谐振周期为7.95ps。假定电路板上的信号的传播速度为166ps/inch,波长为47.9英寸。电容脱耦合半径为47.9/50=0.958英寸,约2.4cm。

该示例的容量只能补偿其周围2.4cm范围的电源噪声,即,其解块半径2.4cm。根据容量,谐振频率不同,解块半径也不同。对于大容量,谐振频率低,对应的波长非常长,所以放大半径大。这也是不太关注大容量位于电路板上的理由的理由。在小容量的情况下,由于解块半径小,所以应该尽量接近需要解块环的芯片。这是在很多PCB设计资料中反复强调的,小容量应该尽量放在靠近芯片的位置。

PCB布局时的解锁容量的配置技术和安装

一、扣球电流的抑制方法

1、电路板在配线中,采取使信号线的分散容量最小的措施。

2、另一种方法是降低供电电源的内部电阻,防止峰值电流引起过大的电源电压变动。

3、通常的做法是使用解块容量进行过滤,通常在电路板的电源入口进行1uF传输63?配置10uF的解块容量,对低频噪声进行滤波。为了过滤高频噪声,电路板内的每个有源器件的电源和接地之间的0.01uF格式63?设置0.1uF的解块容量(高频滤波容量)。滤波的目的是对叠加在电源上的交流干扰进行滤波,但是使用的容量越大越好。因为实际容量不是理想容量,而是不具备理想容量的所有特性。

可以通过C=1/F来计算解块容量的选择,其中F是电路频率,即10MHz是0.1uF,100MHz是0.01uF。一般可以取0.1~0.01uF。

位于有源器件旁边的高频滤波器容量的作用是对沿着电源传导的高频干扰进行滤波,以及及时补充设备高速动作所需的峰值电流。需要考虑容量的配置位置。

二、PCB布局时的解锁容量配置技术

实际的容量以比Fr低的频率表示容量,在比Fr高的频率表示感性,所以容量看起来像带阻滤波器。

10uF的电解容量ESL大,Fr小于1MHz,因此对50Hz那样的低频噪声滤波效果高,对上百兆的高频开关噪声不太起作用。

容量ESR和ESL不是电容量,而是由容量的结构和所使用的介质来决定。通过使用更大容量的容量,不能提高抑制高频干扰的能力,在小于Fr的频率下,大容量比小容量的阻抗小,但是在频率比Fr高的情况下,ESL决定两者的阻抗没有任何区别。

电路板上使用过量的大容量容量容量容量容量对滤波高频干扰不起作用,特别是在使用高频开关电源供电的情况下有用。另一个问题是,大容量容量容量容量过多,接通电源时及热插拔电路板时对电源的冲击增加,容易引起电源电压的降低、电路板接插件的起火、电路板内电压的上升缓慢等问题。

电容解联的重要问题是容量的解耦半径。在许多PCB设计资料中提到容量配置尽可能接近芯片,许多PCB设计资料从降低电路电感的观点来讨论该配置距离的问题。确实,减少电感是重要的原因,但是容量解耦半径的问题PCB设计很多资料都没有提及。如果容量布置离芯片太远并且超过了其解块半径,则容量失去其解块的作用。

理解解块半径的最佳方法是考虑噪声源与容量补偿电流之间的相位关系。当芯片对电流的需求改变时,必须首先感测该电压扰动,以在电源平面的小局部区域中产生电压扰动,并且电容补偿该电流(或电压)。由于信号在介质中传播需要一定的时间,所以从局部电压扰动的产生到电容感测之间存在时间延迟。同样,电容补偿电流到达扰动区域也需要延迟。因此,噪声源与电容补偿电流之间的相位不匹配必然发生。

特定的容量对于与自身谐振频率相同的噪声补偿效应是最好的,并且在这个频率上测量该相位关系。

当从摄动区域到容量的距离达到时,补偿电流的相位与噪声源相差180度,即完全反转。此时补偿电流不再起作用,去耦作用失效,补偿能不能及时到达。为了有效地传递补偿能量,期望噪声源与补偿电流之间的相位差尽可能小且同相。距离越近相位差越小,补偿能量传输越多,距离为0时,补偿能量100%传递到扰动区域。这要求噪声源尽可能接近和小得多。在实际应用中,这个距离是lambda;/40 -lambda;/50)之间,这是经验数据。

示例:

0.001uF陶瓷容量在安装到电路板后的总寄生电感为1.6nH的情况下,安装后的谐振频率为125.8MHz,谐振周期为7.95ps。假定电路板上的信号的传播速度为166ps/inch,波长为47.9英寸。电容脱耦合半径为47.9/50=0.958英寸,约2.4cm。

该示例的容量只能补偿其周围2.4cm范围的电源噪声,即,其解块半径2.4cm。根据容量,谐振频率不同,解块半径也不同。对于大容量,谐振频率低,对应的波长非常长,所以放大半径大。这也是不太关注大容量位于电路板上的理由的理由。在小容量的情况下,由于解块半径小,所以应该尽量接近需要解块环的芯片。这是在很多PCB设计资料中反复强调的,小容量应该尽量放在靠近芯片的位置。

三、安装容量

安装容量时,从垫上拉出一点拉出线,通过孔连接到电源平面,接地端也同样。这样流过电容的电流电路是电源平面-“大修-”引线-“焊盘-”电容-“大修-”接地平面。

第一种方法是从垫上拉出长的拉线连接孔,导入大的寄生电感,必须避免。这是最坏的安装方法。

第二种方法是,焊盘的两个端点与焊盘相邻地打孔,路面积比第一种方法小得多,寄生电感小,可以容许。

第三种方法是在焊盘侧面开孔,使电路面积更小,寄生电感比第二种小。

第四方法是在焊盘的两侧开孔,与第三方法相比,容量的各一端相当于开孔的并联连接电源平面和接地面,比第三寄生电感小,只要空间允许,就尽量使用该方法。

最后的方法是在焊盘上直接开洞,寄生电感最小,但是焊接上有可能产生问题,使用与加工能力和方式有关。

我推荐第三种和第四种方法。

需要强调的是:有些工程师为了节省空间,可能会给多个容量打一个共同的孔。请不要在任何情况下那样做。优选优化电容组合的设计以减少容量的数量。

因为印刷线越宽电感越小,所以从衬垫上通过孔的拉出线尽量变宽,尽量使其与衬垫宽度相同。因此,即使是042包的容量,也可以使用20mil宽的拉出线。拉出线和穿孔安装请注意图中的各种尺寸,如下图所示。

对于板阶滤波中使用的像钽电容那样的大尺寸的容量,推荐下图的实施方法。

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