PCB布板時去耦電容的擺放問題

2021-06-16 05:24:58 字數 1306 閱讀 2986

相信剛畢業的大學生,剛進單位犯錯誤是在所難免的,可能每個人都會有乙個老師去帶,如果你遇到了乙個認真並且對你負責的老師帶你,那我恭喜你,你的運氣很好,因為一開始他對你的嚴格往往會使你受益終身。當然被別人批評永遠是我們不願意聽到的,如果你既不想被老師批評,又想自己今後進步的很快,唯一的路徑就是努力學習了。

前面說了一些自己經歷的感受,下面我們開始說正題了。

老師 問:  為什麼去耦電容就近擺放呢?

學生 答:  因為它有有效半徑哦,放的遠了失效的。

電容去耦的乙個重要問題是電容的去耦半徑。大多數資料中都會提到電容擺放要盡量靠近晶元,多數資料都是從減小迴路電感的角度來談這個擺放距離問題。確實,減小電感是乙個重要原因,但是還有乙個重要的原因大多數資料都沒有提及,那就是電容去耦半徑問題。如果電容擺放離晶元過遠,超出了它的去耦半徑,電容將失去它的去耦的作用。

理解去耦半徑最好的辦法就是考察雜訊源和電容補償電流之間的相位關係。當晶元對電流的需求發生變化時,會在電源平面的乙個很小的區域性區域內產生電壓擾動,電容要補償這一電流(或電壓),就必須先感知到這個電壓擾動。訊號在介質中傳播需要一定的時間,因此從發生區域性電壓擾動到電容感知到這一擾動之間有乙個時間延遲。同樣,電容的補償電流到達擾動區也需要乙個延遲。因此必然造成雜訊源和電容補償電流之間的相位上的不一致。

特定的電容,對與它自諧振頻率相同的雜訊補償效果最好,我們以這個頻率來衡量這種相位關係。設自諧振頻率為f,對應波長為

,補償電流表示式可寫為:

其中,a是電流幅度,r為需要補償的區域到電容的距離,c為訊號傳播速度。

當擾動區到電容的距離達到時,補償電流的相位為,和雜訊源相位剛好差180度,即完全反相。此時補償電流不再起作用,去耦作用失效,補償的能量無法及時送達。為了能有效傳遞補償能量,應使雜訊源和補償電流的相位差盡可能的小,最好是同相位的。距離越近,相位差越小,補償能量傳遞越多,如果距離為0,則補償能量百分之百傳遞到擾動區。這就要求雜訊源距離電容盡可能的近,要遠小於。實際應用中,這一距離最好控制在之間,這是乙個經驗資料。

例如:0.001uf陶瓷電容,如果安裝到電路板上後總的寄生電感為1.6nh,那麼其安裝後的諧振頻率為125.8mhz,諧振週期為7.95ps。假設訊號在電路板上的傳播速度為166ps/inch,則波長為47.9英吋。電容去耦半徑為47.9/50=0.958英吋,大約等於2.4厘公尺。

本例中的電容只能對它周圍2.4厘公尺範圍內的電源雜訊進行補償,即它的去耦半徑2.4厘公尺。不同的電容,諧振頻率不同,去耦半徑也不同。對於大電容,因為其諧振頻率很低,對應的波長非常長,因而去耦半徑很大,這也是為什麼我們不太關注大電容在電路板上放置位置的原因。對於小電容,因去耦半徑很小,應盡可能的靠近需要去耦的晶元,這正是大多數資料上都會反覆強調的,小電容要盡可能近的靠近晶元放置。

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