PCB電源電容退耦半徑講解

理解去耦半徑最好的辦法就是考察噪聲源和電容補(bǔ)償電流之間的相位關(guān)系。當(dāng)芯片對(duì)電流的需求發(fā)生變化時(shí)，會(huì)在電源平面的一個(gè)很小的局部區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生電壓擾動(dòng)，電容要補(bǔ)償這一電流(或電壓)，就必須先感知到這個(gè)電壓擾動(dòng)。信號(hào)在介質(zhì)中傳播需要一定的時(shí)間，因此從發(fā)生局部電壓擾動(dòng)到電容感知到這一擾動(dòng)之間有一個(gè)時(shí)間延遲。同樣，電容的補(bǔ)償電流到達(dá)擾動(dòng)區(qū)也需要一個(gè)延遲。因此必然造成噪聲源和電容補(bǔ)償電流之間的相位上的不一致。

特定的電容，對(duì)與它自諧振頻率相同的噪聲補(bǔ)償效果最好，我們以這個(gè)頻率來(lái)衡量這種相位關(guān)系。 設(shè)自諧振頻率為 f，對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)為λ，補(bǔ)償電流表達(dá)式可寫為：

其中，A 是電流幅度，r 為需要補(bǔ)償?shù)膮^(qū)域到電容的距離，C為信號(hào)傳播速度。 當(dāng)擾動(dòng)區(qū)到電容的距離達(dá)到λ/4(相位差90°)時(shí)，補(bǔ)償電流到達(dá)噪聲源的相位為180°(來(lái)回的距離是λ/2)，即完全反相(最差的情況，去耦電容失去作用)。 此時(shí)補(bǔ)償電流不再起作用，補(bǔ)償?shù)哪芰繜o(wú)法及時(shí)送達(dá)。 為了能有效傳遞補(bǔ)償能量，應(yīng)使噪聲源和補(bǔ)償電流的相位差盡可能的小，最好是同相位的。 距離越近，相位差越小，補(bǔ)償能量傳遞越多，如果距離為0，則補(bǔ)償能量百分之百傳遞到擾動(dòng)區(qū)。 這就要求噪聲源距離電容盡可能的近，要遠(yuǎn)小于λ/4。 實(shí)際應(yīng)用中，這一距離最好控制在λ/40-λ/50(甚至更小λ/60)，這是經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

舉例說(shuō)明：

首先找到電容C1,C2對(duì)應(yīng)自諧振頻率，一般計(jì)算方式：

如果用村田的MLCC電容，可直接使用Simsurfing輔助工具，結(jié)果更精準(zhǔn)。

C2： GRM0335C1E101FA01 f2=940MHz

C1：GRM1885C1H103JA01 f1=73MHz

信號(hào)在PCB上傳播速度：

v（PCB）=166ps/英寸=6英寸/秒

C1波長(zhǎng)：

λ1=V/F1=6英寸/納秒*13.7ns=82.2英寸

C2波長(zhǎng)：

λ2=V/F2=6英寸/納秒*1ns =6英寸

C1耦合半徑:

R1=λ1/50=82.2英寸/50=1.64英寸=4.17厘米

C2耦合半徑:

R2=λ2/50=6英寸/50=0.12英寸=0.3厘米