最小化去耦電感有哪些技巧

在上一篇文章中，我們探討了是否連接電容器的問(wèn)題通過(guò)走線或通過(guò)一對(duì)過(guò)孔將電容去耦到IC電源引腳。我們看到通孔技術(shù)是優(yōu)越的，因?yàn)樗档土穗姼?，?dāng)我們?cè)噲D確保去耦電容在50-100 MHz的頻率下有效時(shí)，電感是我們必須克服的主要障礙。高達(dá)數(shù)百兆赫。

過(guò)孔和平面

在本文中，我們將探討去耦電感的問(wèn)題。通孔和平面層配置。然而，在我們進(jìn)入討論之前，我們需要明確以下幾點(diǎn)：隨著我們深入探討高速去耦領(lǐng)域，我們?cè)絹?lái)越關(guān)注平面連接，直到最終看起來(lái)很大程度上忽略了跟蹤。以下注意事項(xiàng)將有助于將此現(xiàn)象置于語(yǔ)境中：

高電感

正如我們?cè)谏弦黄恼轮兴吹降?，與連接相比，跡線僅具有過(guò)多的電感依賴(lài)于過(guò)孔和平面層。

平面電容

去耦電容與平面相互作用的方式似乎成為主導(dǎo)因素隨著運(yùn)行頻率的增加?？茖W(xué)在這里開(kāi)始變得復(fù)雜，我理解細(xì)節(jié)的能力有限，甚至解釋它們的能力也越來(lái)越差。我在本文中發(fā)現(xiàn)的一個(gè)有趣和直接的陳述表明，在某些情況下，去耦電容本身受到電感的阻礙，以至于它無(wú)法真正為IC提供電流。相反，平面電容提供瞬態(tài)去耦電流，電容器的工作是為平面充電。

擁擠的布局

高速數(shù)字系統(tǒng)通常涉及復(fù)雜的空間受限布局，這些布局將大部分PCB空間專(zhuān)用于組件。幾乎沒(méi)有跡線的空間，因此電路板設(shè)計(jì)師很樂(lè)意盡可能使用過(guò)孔。

分布式電容與離散電容

如果平面電容是在某些高速數(shù)字設(shè)計(jì)中真正的去耦電荷源，電容真的需要“盡可能靠近引腳”嗎？位置是否重要？質(zhì)疑正確解耦的基本原則之一的有效性似乎令人震驚，但這正是Hubing等人的觀點(diǎn)。在這篇研究論文中做過(guò)。用另一篇論文的作者的話來(lái)說(shuō)，Hubing等。聲稱(chēng)在某些條件下電容器的位置“不重要”，盡管它們可能已將其結(jié)論擴(kuò)展到“研究的有效性范圍之外”。無(wú)論如何，這是電容器之間相互作用重要性的另一個(gè)例子。在平板上到處都有“分布電容”的平面層。

最小化電感

去耦電容的總電感取決于由電容，過(guò)孔和平面形成的電流環(huán)的面積。

如您所見(jiàn)，環(huán)路區(qū)域受兩個(gè)過(guò)孔之間的間隔以及電容器與平面層之間的距離的影響。因此，如果目標(biāo)是改善去耦性能，那么到平面和通過(guò)分離的距離是需要解決的關(guān)鍵因素。

與飛機(jī)的距離

如果您正在設(shè)計(jì)一個(gè)典型的四層板，那么您可以做的就是減少與飛機(jī)的距離 - 去耦帽將始終接近一個(gè)平面層并且遠(yuǎn)離另一個(gè)平面層。

如果但是，電路板有四層以上，您可以靈活地優(yōu)化去耦電容相對(duì)于電源和接地層的位置。此外，現(xiàn)在是指出如果不將電源和接地層放置在相鄰層上，將會(huì)損失大量分布電容的好時(shí)機(jī)。在我看來(lái)，高速數(shù)字設(shè)計(jì)將從以下配置中受益匪淺：

在兩個(gè)組件層之一上放置盡可能多的高速I(mǎi)C（讓我們說(shuō)它是頂部）。

布置電源和接地層，使它們相鄰并靠近頂層。

將所有去耦帽放在頂層，使它們具有短連接

通過(guò)分離

減少通孔分離的第一種方法是使用較小的去耦電容。在我的電路板上，我使用0603封裝，因?yàn)槲医?jīng)常手工組裝它們;如果電路板由機(jī)器組裝，0402是更好的選擇。

現(xiàn)在最小化電感是選擇最佳通孔配置的問(wèn)題：

改編自 本文件第29頁(yè)的圖表 。

請(qǐng)注意，我們主要關(guān)注兩個(gè)過(guò)孔之間的距離。因此，第三個(gè)圖表標(biāo)記為“良好”，第二個(gè)圖表標(biāo)記為“正常”，盡管“體面”配置使用較短的走線將電容器端子連接到過(guò)孔。

結(jié)論

我希望本文能讓您深入了解高速數(shù)字PCB設(shè)計(jì)的復(fù)雜世界。我認(rèn)為很明顯，最小化環(huán)路面積是降低電感并因此改善高頻性能的關(guān)鍵，但我不確定如何考慮在整個(gè)電路板上隨機(jī)分配去耦電容的可能性（在某些情況下）。如果您對(duì)此主題有任何想法，請(qǐng)隨時(shí)在評(píng)論中分享。