|
|
对于电容的安装，首先要提到的就是安装距离。容值最小的电容，有最高的谐振频率，去耦半径最小，因此放在最靠近芯片的位置，容值稍大些的可以距离稍远，最外层放置容值最大的。但是，所有对该芯片去耦的电容都尽量靠近芯片。8 x o+ Q3 `" m0 U4 T: i
3 i& F7 n7 E2 a6 k那么PCB板布局时如何摆放及安装？相信不少人是有疑问的，今天精科裕隆就跟大家解答一下！( h8 w1 S% D0 y1 Q U/ W. o, b4 l
& p" ~) _. f0 @尖峰电流的形成. I' K/ j. m( d
" |6 a. s# R( f数字电路输出高电平时从电源拉出的电流Ioh和低电平输出时灌入的电流Iol的大小一般是不同的，即：Iol>Ioh。
& f" V! F% {* e: q Z9 {6 E* O. D+ b: C2 x. [- o9 R% {
产生尖峰电流的主要原因9 d# W2 Y. H' k& x1 [2 B" T. Y8 ~
. o5 ^, M$ x, N8 Y8 O输出级的T3、T4管短设计内同时导通，在与非门由输出低电平转向高电平的过程中，输入电压的负跳变在T2和T3的基极回路内产生很大的反向驱动电流，由于T3的饱和深度设计得比T2大，反向驱动电流将使T2首先脱离饱和而截止。
7 Q4 m! D4 e; y5 w3 O" v
. m8 o; B4 L j JT2截止后，其集电极电位上升，使T4导通，可是此时T3还未脱离饱和，因此在极短得设计内T3和T4将同时导通，从而产生很大的ic4，使电源电流形成尖峰电流。! ]% ]+ i2 K2 ^, q% ^3 H* k
( q9 X& H K; D
低功耗型TTL门电路中的R4较大，因此其尖峰电流较小，当输入电压由低电平变为高电平时，与非门输出电平由高变低，这时T3、T4也可能同时导通，但当T3开始进入导通时，T4处于放大状态，两管的集-射间电压较大，故所产生的尖峰电流较小，对电源电流产生的影响相对较小。) a- X3 C2 {, {
2 ~+ R% {8 }8 i$ @! D( x
产生尖峰电流的另一个原因是负载电容的影响，与非门输出端实际上存在负载电容CL，当门的输出由低转换到高时，电源电压由T4对电容CL充电，因此形成尖峰电流。# u8 c, V3 j* h: R9 c
4 P/ J$ X+ V; T. k6 `) J8 C0 h
当与非门的输出由高电平转换到低电平时，电容CL通过T3放电，此时放电电流不通过电源，故CL的放电电流对电源电流无影响。, T8 M, c" z" ^7 |8 D
! w3 ~6 F. D. R+ M# T. W
尖峰电流的抑制方法
& ]3 k2 g! \; O3 c) S" p! ]# ~1 C) }6 B/ |
1、在电路板布线上采取措施，使信号线的杂散电容降到最小；
2 m% M* l% R1 A: G! ~9 i2 i |$ ~3 d9 t8 O; p
2、另一种方法是设法降低供电电源的内阻，使尖峰电流不至于引起过大的电源电压波动；6 @5 _; L5 t) \/ N, N
( G+ p$ z6 u- u L& v3、通常的作法是使用去耦电容来滤波，一般是在电路板的电源入口处放一个1uF～10uF的去耦电容，滤除低频噪声，在电路板内的每一个有源器件的电源和地之间放置一个0.01uF～0.1uF的去耦电容(高频滤波电容)，用于滤除高频噪声，滤波的目的是要滤除叠加在电源上的交流干扰，但并不是使用的电容容量越大越好，因为实际的电容并不是理想电容，不具备理想电容的所有特性。
. S/ A; D0 d2 U+ H0 Z* T4 c
- o, @9 V" k) |& K8 L/ h去耦电容的选取可按C=1/F计算，其中F为电路频率，即10MHz取0.1uF，100MHz取0.01uF。一般取0.1~0.01uF均可。2 j( q9 `( y9 p) t* A7 F' I+ Y/ V
( G* S4 G8 r& ?( h" v1 \# N( u v放置在有源器件旁的高频滤波电容的作用有两个，其一是滤除沿电源传导过来的高频干扰，其二是及时补充器件高速工作时所需的尖峰电流，所以电容的放置位置是需要考虑的。7 v$ ^' ?& `0 h
2 F6 I! d* x6 s9 S实际的电容由于存在寄生参数，可等效为串联在电容上的电阻和电感，将其称为等效串联电阻(ESR)和等效串联电感(ESL)。这样，实际的电容就是一个串联谐振电路，其谐振频率为：
' k E7 q2 Z$ ~/ ^" P# F' v
+ ~& X x! K) m- p实际的电容在低于Fr的频率呈现容性，而在高于Fr的频率上则呈现感性，所以电容更象是一个带阻滤波器。
7 P7 |: x7 y; e" G! s; l$ l4 i! }' K: d2 s" M6 d( y, \5 F
10uF的电解电容由于其ESL较大，Fr小于1MHz，对于50Hz这样的低频噪声有较好的滤波效果，对上百兆的高频开关噪声则没有什么作用。 F4 q+ a9 B% ?0 g! Q
; @; H, d5 O4 Z电容的ESR和ESL是由电容的结构和所用的介质决定的，而不是电容量。通过使用更大容量的电容并不能提高抑制高频干扰的能力，同类型的电容，在低于Fr的频率下，大容量的比小容量的阻抗小，但如果频率高于Fr，ESL决定了两者的阻抗不会有什么区别。
& E; n4 S9 G) g/ h6 V% p. s! J- w5 @9 n& ?7 T
电路板上使用过多的大容量电容对于滤除高频干扰并没有什么帮助，特别是使用高频开关电源供电时。另一个问题是，大容量电容过多，增加了上电及热插拔电路板时对电源的冲击，容易引起如电源电压下跌、电路板接插件打火、电路板内电压上升慢等问题。 s( Q9 t( H! D( X$ f$ h
2 Q. L, A' N3 w
PCB布局时去耦电容摆放
" ?! Q# y% E7 k* Z' m
3 u f% u8 F$ c# U' I对于电容的安装，首先要提到的就是安装距离。容值最小的电容，有最高的谐振频率，去耦半径最小，因此放在最靠近芯片的位置，容值稍大些的可以距离稍远，最外层放置容值最大的。但是，所有对该芯片去耦的电容都尽量靠近芯片。0 a! y+ D% E) U* Q4 @3 i7 v
5 E4 g7 L* e! p7 n) G, B. X1 K- r还有一点要注意，在放置时，最好均匀分布在芯片的四周，对每一个容值等级都要这样，通常芯片在设计的时候就考虑到了电源和地引脚的排列位置，一般都是均匀分布在芯片的四个边上的。+ V$ u$ P/ \0 K, R/ E/ {
! ?3 y, ]+ S9 m4 y$ G
因此电压扰动在芯片的四周都存在，去耦也必须对整个芯片所在区域均匀去耦，如果把上图中的680pF电容都放在芯片的上部，由于存在去耦半径问题，那么就不能对芯片下部的电压扰动很好的去耦。& l% `# d& V' k. O% \7 u( |9 ]
8 y5 \9 }4 c! J, A( Z7 z# L+ U: s电容的安装
/ g0 j! Q4 f/ i
( _1 w/ l" ]9 W在安装电容时，要从焊盘拉出一小段引出线，然后通过过孔和电源平面连接，接地端也是同样，这样流经电容的电流回路为：电源平面——过孔——引出线——焊盘——电容——焊盘——引出线——过孔——地平面，下图直观的显示了电流的回流路径。
1 w2 A/ D, O, G( ]' V2 c
3 Z: E1 X' G& ~3 ^$ D1、方法从焊盘引出很长的引出线然后连接过孔，这会引入很大的寄生电感，一定要避免这样做，这是最糟糕的安装方式；' @- ]/ \% S5 q
; d) g( Z* n3 }) d+ H) R
2、方法在焊盘的两个端点紧邻焊盘打孔，比第一种方法路面积小得多，寄生电感也较小，可以接受；
3 m! G8 }- I. I; v- Q% E" h
# S8 h: B3 f" t6 \( |3、在焊盘侧面打孔，进一步减小了回路面积，寄生电感比第二种更小，是比较好的方法；
* }7 ~9 C, I- R$ `+ Q& x" o7 V0 I2 e2 {( `" i; h- W
4、在焊盘两侧都打孔，和第三种方法相比，相当于电容每一端都是通过过孔的并联接入电源平面和地平面，比第三种寄生电感更小，只要空间允许，尽量用这种方法；7 ?/ v. O/ D) t% r5 H5 _
( l' g( H2 L7 G0 ~ B5、在焊盘上直接打孔，寄生电感最小，但是焊接是可能会出现问题，是否使用要看加工能力和方式。8 y, l7 k) w. O1 P
8 }# x _. d, C+ c! O推荐使用第三种和第四种方法。
" m& L2 ?. v% s: E' L
1 V; Q2 ~9 C5 i9 C7 D$ u, `需要强调一点：有些工程师为了节省空间，有时让多个电容使用公共过孔，任何情况下都不要这样做。最好想办法优化电容组合的设计，减少电容数量。: R; P% F7 K6 p. a/ l3 _1 w1 T
' i' q0 i/ S' S8 o由于印制线越宽，电感越小，从焊盘到过孔的引出线尽量加宽，如果可能，尽量和焊盘宽度相同，这样即使是0402封装的电容，你也可以使用20mil宽的引出线，引出线和过孔安装如图5所示，注意图中的各种尺寸。
3 A6 p1 ^8 X* B9 F( a3 q* A* Q' Z4 B
以上就是精科裕隆小编给你们介绍的PCB板布局时如何摆放及安装，希望大家看后有所帮助！ |
|
IP卡
狗仔卡
发表于 2021-9-24 16:11:41
收藏
分享
淘帖
提升卡
置顶卡
沉默卡
喧嚣卡
变色卡
显身卡