印制電路板的通孔電感作用解析

對數(shù)字電路設(shè)計者來說，通孔的電感比電容更重要。每個通孔都有寄生中聯(lián)電感。因?yàn)橥椎膶?shí)體結(jié)構(gòu)小，其特性非常像素集總電路元件。通孔串聯(lián)電感的主要影響是降低了電源旁路電容的有效性，這將使整個電源供電濾波效果變差。

旁路電容的目的是在高頻段把兩個電源平面短路在一起。如果假設(shè)一個集成電路在a點(diǎn)連接在電源和地平面之間，在b點(diǎn)有一個理想的表面貼裝旁路電容。則預(yù)期在芯片焊接點(diǎn)的vcs和地平面之間的高頻阻抗為零。然而，實(shí)際情況并非如此。將電容連接到vcc和地平面的每個連接通孔電感引入了一個小的但是可測量到的電感。這個電感的大小近似為：

其中，l=通孔電感，nh

h=通孔長度，in

d=通孔直徑，in

因?yàn)樯鲜桨ㄒ粋€對數(shù)，所以通孔直徑的改變對電感影響很小，但通孔長度的改變可能引起大的變化。

通孔對于上升沿速度為1ns的信號的感抗。首先計算電感：

h=0.063（通孔長度，in）

d=0.016（通孔直徑，in）

t10~90%=1.00（上升沿速度，ns）

從芯片分路高頻電流，3.8歐的值還不夠低。同時要記住，旁路電容通常一端通過一個通孔連接到地平面，另一端也通過一個通孔連接到+5v平面，因此通孔電感的影響會增加一倍。旁路電容貼裝在板子最靠近電源和地平面的一邊，有利于減少其影響。最后，在電容和通孔之間的任何引線都會增加更多的電感。這些走線應(yīng)該總是盡量寬一些。

在電源和地之間使用多個旁路電容，可以得到非常低的阻抗。對于數(shù)字產(chǎn)品，作為一個粗略的準(zhǔn)則，假設(shè)電源和地平面是理想的導(dǎo)體，電感為零。我們只考慮旁路電容及其相關(guān)走線和通孔的電感。在一個特定的范圍內(nèi)，所有的旁路電容將如同并聯(lián)，降低了電源和地之間的阻抗。產(chǎn)生這個效果的有效半徑等于1/12，其中，1是上升沿的電長度。在1/6的直徑以內(nèi)，所有電容共同作為一個集總電路。

1ns的上升沿在fr-4材料中的傳播長度大約為1=6in。在這個例子中，電容的柵格間距大于1/12=0.5in，將不會有任何好處。

對于電源的旁路電容，上升時間越短，旁路會變得越困難。當(dāng)上升時間縮短時，有效半徑的值也變小。有效半徑內(nèi)電容的數(shù)量隨上升時間的平方而減少。

這是一個綜合問題。限隨著上升時間的降低，數(shù)字轉(zhuǎn)折頻率上升，使每個通孔的感抗增加。最后的結(jié)果是，對于工作在某一頻率的一個特定配置的旁路電容，當(dāng)我們把上升時間減半時，其效果將減小8倍。依據(jù)該比例準(zhǔn)則，從一個工作頻率范圍得到的經(jīng)驗(yàn)可以很容易地轉(zhuǎn)換到一個新的工作頻率范圍。