PCB設計誤區——“電源加磁珠”,想說愛你不容易(中)
發布時間:2015-03-10 來源:吳均 一博科技 責任編輯:sherryyu
【導讀】通過上一篇文章,我們知道平常“耳熟能詳”的電容去耦半徑理論,對PCB設計其實沒有什麼指導意義。0.1uf的電容去耦半徑足夠大,設計中參考這個值沒有用處,工程師還是會“盡量”把0.1uf電容靠近芯片的電源管教放置。PCB設計師需要更有效的理論來指導電容的布局設計。
承前:從去耦半徑出發,通過去耦半徑的計算,讓大家直觀的看到我們常見的電容的“有效範圍”問題。
本節:討論濾波電容的位置與PDN阻抗的關係,提出“全局電容”與“局部電容”的概念。能看到當電容呈現“全局特性”的時候,電容的位置其實沒有想象中那麼重要。
啟後:多層板設計的時候,電容傾向於呈現“全局特性”,“電源加磁珠”的設計方法,會影響電容在全局範圍內起作用。同時電源種類太多,還會帶來其他設計問題。
通過上一篇文章,我們知道平常“耳熟能詳”的電容去耦半徑理論,對PCB設計其實沒有什麼指導意義。0.1uf的電容去耦半徑足夠大,設計中參考這個值沒有用處,工程師還是會“盡量”把0.1uf電容靠近芯片的電源管教放置。PCB設計師需要更有效的理論來指導電容的布局設計。
既(ji)然(ran)簡(jian)單(dan)的(de)用(yong)四(si)分(fen)之(zhi)一(yi)波(bo)長(chang)理(li)論(lun)推(tui)算(suan)的(de)電(dian)容(rong)去(qu)耦(ou)半(ban)徑(jing)不(bu)起(qi)作(zuo)用(yong),那(na)麼(me)電(dian)容(rong)放(fang)置(zhi)得(de)離(li)芯(xin)片(pian)電(dian)源(yuan)管(guan)腳(jiao)比(bi)較(jiao)遠(yuan),還(hai)會(hui)有(you)哪(na)些(xie)影(ying)響(xiang)呢(ne)?很(hen)多(duo)人(ren)都(dou)答(da)對(dui)了(le),影(ying)響(xiang)安(an)裝(zhuang)電(dian)感(gan)。
在上一個專題的第四篇文章裏麵,已經討論過電容安裝電感的估算。這一次,我們來更詳細的看看安裝電感。從圖1能看到,安裝電感可以簡單分為L above和 L below。

在這裏引入兩個概念:Labove 、Lbelow (電容和IC下麵的電流回路大小不一定一樣,但在這裏分析的時候,假定大小等同)
總電感:LTotal= 2Labove+Lbelow
Labove包括電容的ESL和Fan out帶來的電感,我們會另外專題討論電容的Fan out問題。至於L below就更多收到電容位置的影響。簡單來說,電容離芯片電源管腳越遠,L below圍成的麵積就越大,相應的安裝電感就越大。
更具體點,Lbelow主要是兩個過孔的自感和互感,當電容的位置離IC器件更近時,如圖2所示,Lbelow的互感增大,因互感的作用與自感的作用相反,導致其整體電感減小,充放電速率更快

可以列出一堆公式來推導這個互感乃至L below,但這個不是高速先生的風格。

其實從圖1可以簡單看出,G和P之間的距離對L below影響很大,G和P之間的距離越近,L below對應的陰影區域麵積就越小。而L below越小,也就意味這電容可以放得越遠,換句話說,電容的有效濾波範圍更大。電容也就更加傾向於呈現“全局”特性。
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圖3是一個簡單的總結,更具體的分析,請聽下回分解。

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