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PCB布局时怎么摆放及装置去耦电容

对于电容的安装,首先要提到的就是安装距离。容值最小的电容,有最高的谐振频率,去耦半径最小,因此放在最靠近芯片的位置。容值稍大些的可以距离稍远

尖峰电流的构成:

数字电路输出高电平时从电源拉出的电流Ioh和低电平输出时灌入的电流Iol的巨细一般是不同的,即:Iol>Ioh。以下图的TTL与非门为例阐明尖峰电流的构成:

图1 TTL与非门

输出电压如右图(a)所示,理论上电源电流的波形如右图(b),而实践的电源电流稳妥如右图(c)。由图(c)能够看出在输出由低电平转换到高电平时电源电流有一个时间短而起伏很大的尖峰。尖峰电源电流的波形随所用器材的类型和输出端所接的电容负载而异。

发生尖峰电流的首要原因是:

输出级的T3、T4管短规划内一起导通。在与非门由输出低电平转向高电平的过程中,输入电压的负跳变在T2和T3的基极回路内发生很大的反向驱动电流,因为T3的饱满深度规划得比T2大,反向驱动电流将使T2首要脱离饱满而截止。T2截止后,其集电极电位上升,使T4导通。可是此刻T3还未脱离饱满,因而在极短得规划内T3和T4将一起导通,然后发生很大的ic4,使电源电流构成尖峰电流。图中的R4正是为了约束此尖峰电流而规划。

低功耗型TTL门电路中的R4较大,因而其尖峰电流较小。当输入电压由低电平变为高电平时,与非门输出电平由高变低,这时T3、T4也或许一起导通。但当T3开端进入导通时,T4处于扩大状况,两管的集-射间电压较大,故所发生的尖峰电流较小,对电源电流发生的影响相对较小。

发生尖峰电流的另一个原因是负载电容的影响。与非门输出端实践上存在负载电容CL,当门的输出由低转换到高时,电源电压由T4对电容CL充电,因而构成尖峰电流。

当与非门的输出由高电平转换到低电平时,电容CL经过T3放电。此刻放电电流不经过电源,故CL的放电电流对电源电流无影响。

尖峰电流的按捺办法:

1、在电路板布线上采纳办法,使信号线的杂散电容降到最小;

2、另一种办法是设法下降供电电源的内阻,使尖峰电流不至于引起过大的电源电压动摇;

3、一般的作法是运用去耦电容来滤波,一般是在电路板的电源入口处放

一个1uF~10uF的去耦电容,滤除低频噪声;在电路板内的每一个有源器材的电源和地之间放置一个0.01uF~0.1uF的去耦电容(高频滤波电容),用于滤除高频噪声。滤波的意图是要滤除叠加在电源上的交流搅扰,但并不是运用的电容容量越大越好,因为实践的电容并不是抱负电容,不具备抱负电容的一切特性。

去耦电容的选取可按C=1/F核算,其间F为电路频率,即10MHz取0.1uF,100MHz取0.01uF。一般取0.1~0.01uF均可。

放置在有源器材傍的高频滤波电容的效果有两个,其一是滤除沿电源传导过来的高频搅扰,其二是及时弥补器材高速作业时所需的尖峰电流。所以电容的放置方位是需求考虑的。

实践的电容因为存在寄生参数,可等效为串联在电容上的电阻和电感,将其称为等效串联电阻(ESR)和等效串联电感(ESL)。这样,实践的电容便是一个串联谐振电路,其谐振频率为(图2):

图2 谐振频率

实践的电容在低于Fr的频率出现容性,而在高于Fr的频率上则出现理性,所以电容更象是一个带阻滤波器。

10uF的电解电容因为其ESL较大,Fr小于1MHz,关于50Hz这样的低频噪声有较好的滤波效果,对上百兆的高频开关噪声则没有什么效果。

电容的ESR和ESL是由电容的结构和所用的介质决议的,而不是电容量。经过运用更大容量的电容并不能进步按捺高频搅扰的才能,同类型的电容,在低于Fr的频率下,大容量的比小容量的阻抗小,但假如频率高于Fr,ESL决议了两者的阻抗不会有什么区别。

电路板上运用过多的大容量电容关于滤除高频搅扰并没有什么协助,特别是运用高频开关电源供电时。另一个问题是,大容量电容过多,增加了上电及热插拔电路板时对电源的冲击,简单引起如电源电压跌落、电路板接插件打火、电路板内电压上升慢等问题。

PCB布局时去耦电容摆放

关于电容的装置,首要要说到的便是装置间隔。容值最小的电容,有最高的谐振频率,去耦半径最小,因而放在最接近芯片的方位。容值稍大些的能够间隔稍远,最外层放置容值最大的。可是,一切对该芯片去耦的电容都尽量接近芯片。

下面的图3便是一个摆放方位的比如。本例中的电容等级大致遵从10倍等级联系。

图3 电容方位摆放

还有一点要留意,在放置时,最好均匀分布在芯片的四周,对每一个容值等级都要这样。一般芯片在规划的时分就考虑到了电源和地引脚的摆放方位,一般都是均匀分布在芯片的四个边上的。因而,电压扰动在芯片的四周都存在,去耦也有必要对整个芯片所在区域均匀去耦。假如把上图中的680pF电容都放在芯片的上部,因为存在去耦半径问题,那么就不能对芯片下部的电压扰动很好的去耦。

电容的装置

在装置电容时,要从焊盘拉出一小段引出线,然后经过过孔和电源平面衔接,接地端也是相同。这样流经电容的电流回路为:电源平面-》过孔-》引出线-》焊盘-》电容-》焊盘-》引出线-》过孔-》地平面,图2直观的显现了电流的回流途径。

图4 电容装置

榜首种办法从焊盘引出很长的引出线然后衔接过孔,这会引进很大的寄生电感,一定要防止这样做,这是最糟糕的装置办法。

第二种办法在焊盘的两个端点紧邻焊盘打孔,比榜首种办法路面积小得多,寄生电感也较小,能够承受。

第三种在焊盘旁边面打孔,进一步减小了回路面积,寄生电感比第二种更小,是比较好的办法。

第四种在焊盘两边都打孔,和第三种办法比较,相当于电容每一端都是经过过孔的并联接入电源平面和地平面,比第三种寄生电感更小,只需空间答应,尽量用这种办法。

最终一种办法在焊盘上直接打孔,寄生电感最小,可是焊接是或许会出现问题,是否运用要看加工才能和办法。

引荐运用第三种和第四种办法。

需求着重一点:有些工程师为了节约空间,有时让多个电容运用公共过孔,任何情况下都不要这样做。最好想办法优化电容组合的规划,削减电容数量。

因为印制线越宽,电感越小,从焊盘到过孔的引出线尽量加宽,假如或许,尽量和焊盘宽度相同。这样即使是0402封装的%&&&&&%,你也能够运用20mil宽的引出线。引出线和过孔装置如图5所示,留意图中的各种尺度。

图5 引出线和过孔装置

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