电源完整性设计干货之三——如何量化使用电容去掉电源噪声

由 cathy 提交于周一, 29 四月 2019 - 09:04

对于已经知道了电容的具体特性和适用范围，以及去耦原理，那么就知道了去耦的具体方法了吗？不是的，下面我们将讲解一下，具体安装到电路板上之后的去耦原理以及具体如何防止电容的准则！

实际贴片上的电容的特性

上一节我们已经讲到电容的具体特性，但是等我们装配到电路板上之后电容的特性会保持和他之前的具体参数一致吗？

答案是否定的！

当电容具体安装到电路板上之后，还会引出额外的寄生参数，从而引起具体的谐振频率的偏移。充分理解电容的自谐振频率与安装谐振频率非常重要。在计算具体参数时，我们需要参考的数据时电容的安装自谐振频率。

电容在电路板上的安装通常包含一段从焊盘引脚拉出的一段引出线，两个或者更多的过孔，这些过孔，引出线会对电容残生哪些具体的影响呢？

假如，电容要对距离它2CM处的一个地方去耦，这是需要考虑几个部分呢？

1、受限电容自身存在的寄生电感，寄生电阻。

2、从电容达到需要去耦区域的路径上的焊盘、引出线、过孔。

3、从去耦区域到达电容地回路上的2CM长的电源及地平面。

这其中，过孔的寄生电感影响最大，其中过孔的半径越大，影响越小。如何计算呢？

以电路板厚1.6mm越63mil，过孔直径8mil的过孔的寄生电感来计算一下！

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2019-04/博客/100042641-67954-1.jpg" alt=“过孔计算公式” ></center><center>过孔计算公式</center>

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2019-04/博客/100042641-67955-2.jpg" alt=“过孔具体计算的步骤” ></center><center>过孔具体计算的步骤</center>

这一寄生电感比自身的寄生电感还要大！

这边涉及到安装后的电容自谐振频率！

以0805封装的0.01uF的电容为例，计算其前后安装后的自谐振频率。电容安装前的寄生电感为0.6nH

则：

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2019-04/博客/100042641-67956-3.jpg" alt=“电容的自谐振频率计算” width="600"></center><center>电容的自谐振频率计算</center>

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2019-04/博客/100042641-67957-4.jpg" alt=“安装后的自谐振频率计算” width="600"></center><center>安装后的自谐振频率计算</center>

可见，安装后的电容的高频去偶特性被大大削弱。

注意：在电容的每一端都并联几个过孔将大大减小这一寄生参数。

局部去耦的具体方法

下面我们从一个典型的逻辑门入手！

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2019-04/博客/100042641-67958-5.jpg" alt=“非门内部逻辑” width="600"></center><center>非门内部逻辑</center>

实际应用中常常是各种门之间的级联，如下图。为保证逻辑门之间的正确操作，那么我们希望，逻辑电平必须在一定的范围内工作。在实际板级电路中，寄生电感不可避免，电源平面、地平面、过孔、引出线不可缺少而这些都会引入寄生电感。如下图所示，当电平装换时，电流变化速度特别快，这些都会放大寄生电感的危害，将感应出极大电压，这些会导致芯片电平的误触发。

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2019-04/博客/100042641-67959-6.jpg" alt=“级联的非门” width="600"></center><center>级联的非门</center>

如何解决这一问题呢？

把电容紧邻器件放置，跨接在电源和地之间，在器件的电平翻转时，有电容放电形成瞬间的浪涌电流为电平供电。

具体回路如下：

很多芯片供应商，在参考中给出的都是这种去耦方式，但并不是这种去耦方式便是最佳的，而我们往往需要从整个电路系统去考虑电源去耦的方式。

根据以上方式！应该如何安装电容呢？

安装电容时，要从焊盘拉出一小段引出线，然后通过过孔与电源平面连接，接地端也是这样。

这样的电流路径为：电源平面--过孔--引出线--焊盘--电容--焊盘--引出线--过孔--地平面，如下图；

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2019-04/博客/100042641-67961-8.jpg" alt=“流经电容的电流路径” width="600"></center><center>流经电容的电流路径</center>

过孔放置的基本原则便是让这一环路路径变小，进而是寄生电感更小。下图将给出机种过孔放置方式！

以10分制！

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2019-04/博客/100042641-67962-9.jpg" alt=“几种电容安装方式” width="600"></center><center>几种电容安装方式</center>

一般建议使用9分的那个，10分一般用于特高频上的，工艺生产较难！

最后推荐的过孔放置方式！

引出线也尽量加宽！

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2019-04/博客/100042641-67963-10.jpg" alt=“推荐的过孔放置方法” width="600"></center><center>推荐的过孔放置方法</center>

对于大尺寸的电容，比如板级滤波的钽电容，推荐一下的安装方式！！！

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2019-04/博客/100042641-67964-11.jpg" alt=“低频大电容的过孔安装方式” width="600"></center><center>低频大电容的过孔安装方式</center>

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