今天，咱們聊聊PCB布局布線技巧之去耦和層電容

時(shí)間：2020-11-23 15:23:06

關(guān)鍵字： PCB 電路板

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[導(dǎo)讀]有時(shí)我們會(huì)忽略使用去耦的目的，僅僅在電路板上分散大小不同的許多電容，使較低阻抗電源連接到地。但問題依舊：需要多少電容？許多相關(guān)文獻(xiàn)表明，必須使用大小不同的許多電容來降低功率傳輸系統(tǒng)（PDS）的阻抗，但這并不完全正確。相反，僅需選擇正確大小和正確種類的電容就能降低PDS阻抗。

有時(shí)我們會(huì)忽略使用去耦的目的，僅僅在電路板上分散大小不同的許多電容，使較低阻抗電源連接到地。但問題依舊：需要多少電容？許多相關(guān)文獻(xiàn)表明，必須使用大小不同的許多電容來降低功率傳輸系統(tǒng)（PDS）的阻抗，但這并不完全正確。相反，僅需選擇正確大小和正確種類的電容就能降低PDS阻抗。

舉個(gè)栗子

考慮設(shè)計(jì)一個(gè)10 mΩ參考層，如圖1所示。如紅色曲線所示，系統(tǒng)電路板上使用許多不同值的電容，0.001 μF、0.01 μF、0.1 μF等等。這當(dāng)然可以降低500 MHz頻率范圍內(nèi)的阻抗，但是，請(qǐng)看綠色曲線，同樣的設(shè)計(jì)僅使用0.1 μF和10 μF電容。這證明，如果使用正確的電容，則不需要如此多的電容。這也有助于節(jié)省空間和物料（BOM）成本。

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圖1. 電容示例

注意，并非所有電容“生而平等”，即使同一供應(yīng)商，工藝、尺寸和樣式也有差別。如果未使用正確的電容，不論是多個(gè)電容還是幾個(gè)不同類型，都會(huì)給PDS帶來反作用。結(jié)果可能是形成電感環(huán)路。電容放置不當(dāng)或者使用不同工藝和型號(hào)的電容（因而對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的頻率做出不同響應(yīng)），彼此之間可能會(huì)發(fā)生諧振，見圖2。

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圖2. 諧振電容

所以，了解系統(tǒng)所用電容類型的頻率響應(yīng)很重要。隨便選用電容，會(huì)讓設(shè)計(jì)低阻抗PDS系統(tǒng)的努力付之東流。

如何設(shè)計(jì)出合格的PDS

要設(shè)計(jì)出合格的PDS，需要使用各種電容（見圖1）。PCB上使用的典型電容值只能將直流或接近直流頻率至約500 MHz范圍的阻抗降低。高于500 MHz頻率時(shí)，電容取決于PCB形成的內(nèi)部電容。注意，電源層和接地層緊密疊置會(huì)有幫助。

應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)一個(gè)支持較大層電容的PCB層疊結(jié)構(gòu)。例如，六層堆疊可能包含頂部信號(hào)層、第一接地層、第一電源層、第二電源層、第二接地層和底部信號(hào)層。規(guī)定第一接地層和第一電源層在層疊結(jié)構(gòu)中彼此靠近，這兩層間距為2到4密爾，形成一個(gè)固有高頻層電容。此電容的最大優(yōu)點(diǎn)是它是免費(fèi)的，只需在PCB制造筆記中注明。如果必須分割電源層，同一層上有多個(gè)VDD電源軌，則應(yīng)使用盡可能大的電源層。不要留下空洞，同時(shí)應(yīng)注意敏感電路。這將使該VDD層的電容最大。

如果設(shè)計(jì)允許存在額外的層（上例中，從六層變?yōu)榘藢?/span>），則應(yīng)將兩個(gè)額外的接地層放在第一和第二電源層之間。在核心間距同樣為2到3密爾的情況下，此時(shí)層疊結(jié)構(gòu)的固有電容將加倍，示例見圖3。

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圖3. 高頻層電容示例

與添加更多分立高頻電容以在高頻時(shí)保持低阻抗相比，此結(jié)構(gòu)更易于設(shè)計(jì)。

PDS的任務(wù)是將響應(yīng)電源電流需求而產(chǎn)生的電壓紋波降至最低，這點(diǎn)很重要但常被忽略。所有電路都需要電流，有些電路需求量較大，有些電路則需要以較快的速率提供電流。采用充分去耦的低阻抗電源層或接地層以及良好的PCB層疊，有助于將因電路的電流需求而產(chǎn)生的電壓紋波降至最低。例如，根據(jù)所用的去耦策略，如果系統(tǒng)設(shè)計(jì)的開關(guān)電流為1 A，PDS的阻抗為10 mΩ，則最大電壓紋波為10 mV。計(jì)算很簡(jiǎn)單：V = IR。

憑借完美的PCB堆疊，可覆蓋高頻范圍，同時(shí)在電源層起始入口點(diǎn)和高功率或浪涌電流器件周圍使用傳統(tǒng)去耦，可覆蓋低頻范圍(<500 MHz)。這可確保PDS阻抗在整個(gè)頻率范圍內(nèi)均最低。沒有必要各處都配置電容；電容正對(duì)著每個(gè)IC放置會(huì)破壞許多制造規(guī)則。如果需要這種嚴(yán)厲的措施，則說明電路存在其它問題。

原文轉(zhuǎn)自亞德諾半導(dǎo)體

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