電容的容值選擇及Fanout設計(上)-PCB設計的十大誤區
發布時間:2015-04-01 來源:吳均 一博科技 責任編輯:sherry
【導讀】之前介紹了電源設計不需要強製從濾波電容進入到芯片管腳,也討論了在多層板設計的時候,電容傾向於呈現“全局特性”,電容的位置不再是那麼重要。濾波電容的容值選擇非常重要,我們該如何選擇濾波電容設計。
gaosuxianshengmenbenlaibushiwangluochaoren,buguozicongjianchigengxinzimeitizhihou,dajiadouzijiaokaishizhuizhuwangluoredian。weilewenzhangnenggoujingenshidaichaoliu,congerxiyinfensidashenmendeshixian,gaosuxianshengyedoushimanpinde。
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言歸正傳,我們之前的話題說到:濾波電容設計,在多層板時代,電容傾向於呈現“全局特性”,電容的位置不再是那麼重要;並且電源設計不需要強製從濾波電容進入到芯片管腳。那麼問題來了,什麼才是濾波電容設計的關鍵點。
關鍵點其實是濾波電容本身,我們需要關注濾波電容的容值選擇,進而關注電容的品牌、型號及參數。圖1是(shi)研(yan)究(jiu)濾(lv)波(bo)電(dian)容(rong)最(zui)基(ji)礎(chu)的(de)理(li)論(lun),本(ben)章(zhang)我(wo)們(men)會(hui)從(cong)最(zui)簡(jian)單(dan)的(de)電(dian)容(rong)特(te)性(xing)及(ji)電(dian)容(rong)並(bing)聯(lian)開(kai)始(shi)介(jie)紹(shao),相(xiang)對(dui)比(bi)較(jiao)基(ji)礎(chu),資(zi)深(shen)工(gong)程(cheng)師(shi)可(ke)以(yi)暫(zan)時(shi)回(hui)避(bi),下(xia)期(qi)再(zai)見(jian)。

圖1
單個電容的阻抗曲線,我們需要關注兩個參數,ESR(等效寄生電阻)和ESL(等效寄生電感)。我們平常比較關心ESL,ESL加上安裝電感,和電容的容值構成LC諧振,電感越大,諧振頻率往低頻偏移。諧振頻率之後,電容曲線呈現感性,也就是說諧振頻率往低頻偏移的同時,電容的效果變差。
平常對ESR的關注不多,其實ESR也是非常關鍵的一個參數。不少人對ESR會有一些誤解。首先,ESR不是一個常數,是隨著頻率而變化的。圖1的Murata工具裏麵看到的串聯電阻(Series Resistance )值,不是我們常規理解的諧振頻率點的ESR,後麵的等效電路仿真的時候需要注意這個細節。圖2是這個電容的ESR隨頻率變化的曲線。諧振頻率點的ESR值,決定了電容阻抗曲線的最低點。這個值在電容設計的時候也非常重要,一般來說,小尺寸封裝的小電容,諧振頻率點的ESR值一般較大。

圖2
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接著,我們來看看電容的並聯,先暫時忽略安裝電感,後麵再單獨介紹安裝電感的設計細節。同種類電容的並聯如圖3所示,諧振頻率點不變,但是諧振頻率處的ESR會形成電阻並聯。可以認為同一種類電容加的數量越多,電容並聯之後,諧振頻率點的阻抗越低。

不同種類電容的並聯如圖4所示,兩種電容並聯,會出現兩個諧振頻率點。同時還會出現一個反諧振頻率點,這個反諧振頻率是電容設計的難點之一。

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