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技術(shù)專題
旁路和去耦電容器放置準(zhǔn)則
通常從電源的角度來看電源完整性問題，但是查看IC的輸出同樣重要。去耦電容和旁路電容旨在補(bǔ)償PDN上出現(xiàn)的功率波動(dòng)，從而確保信號(hào)電平一致，并在IC的電源/接地引腳上看到恒定電壓。我們已經(jīng)匯編了一些重要的旁路和去耦電容器放置準(zhǔn)則，以幫助您在下一個(gè)PCB中成功使用這些組件。
兩個(gè)相關(guān)的電源完整性問題
去耦電容器和旁路電容器用于解決兩個(gè)不同的電源完整性問題。盡管這些電源完整性問題是相關(guān)的，但它們以不同的方式表現(xiàn)出來。要注意的第一點(diǎn)是，術(shù)語“去耦電容器”和“旁路電容器”在用于電源完整性時(shí)是錯(cuò)誤的。他們不會(huì)解耦或繞過任何東西。它們也不會(huì)將“噪音”傳遞給地面。它們只是隨時(shí)間推移進(jìn)行充電和放電，以補(bǔ)償噪聲波動(dòng)。這些術(shù)語將這些電容器的功能稱為電源完整性策略的一部分。
首先，考慮去耦電容器。一般說來，去耦電容器的目的是確保電源軌/接地層和接地層之間的電壓保持恒定，以抵抗低頻電源噪聲，PDN上的振鈴以及PDN上的任何其他電壓波動(dòng)。當(dāng)放置在電源和接地平面之間時(shí)，去耦電容器與這些平面并聯(lián)，這會(huì)增加總的PDN電容。實(shí)際上，它們補(bǔ)償了平面間電容不足，并降低了PDN阻抗，從而使PDN電壓中的任何振鈴極小化。
現(xiàn)在考慮使用旁路電容器。它們還旨在在PDN和驅(qū)動(dòng)IC內(nèi)保持恒定電壓，但是它們所補(bǔ)償?shù)碾妷涸谳敵鲆_和PCB接地層之間。盡管它們放置在電源引腳和IC上的接地之間，但它們執(zhí)行的功能是不同的，以防止接地反彈。當(dāng)數(shù)字IC切換時(shí)，鍵合線，封裝和引腳中的寄生電感會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)器輸出和地之間的電壓增加。旁路電容器輸出的電壓指向與地面反彈電壓相反的位置，理想情況下，使總電壓波動(dòng)之和為零。
在以上模型中，存在一個(gè)閉環(huán)，該閉環(huán)包括旁路電容器（CB）和IC封裝/接地連接上的雜散電感L1。請(qǐng)注意，在輸出引腳和接地層之間測(cè)量了接地反彈電壓 V（GB）。其余的電感都是寄生電容，會(huì)影響旁路電容器的響應(yīng)時(shí)間以補(bǔ)償接地反彈。在理想模型中，旁路電容器看到的電壓將補(bǔ)償開關(guān)期間雜散電感器L1產(chǎn)生的接地反彈電壓。
旁路電容器放置準(zhǔn)則
如果您看一下接地反彈的發(fā)生方式，那么應(yīng)該在哪里放置旁路電容器應(yīng)該很明顯。由于上述電路模型中的寄生電感，應(yīng)將旁路電容器放置在盡可能靠近電源和接地引腳的位置，以極大程度地減小這些電感。這與您在許多應(yīng)用筆記和組件數(shù)據(jù)手冊(cè)中找到的建議是一致的。
關(guān)于寄生電感，還有一個(gè)方面需要考慮，那就是如何將連接路由到IC。您應(yīng)該通過過孔將電容器直接連接到接地層和電源層，而不是從電容器到IC引腳走一條短走線。確保符合此布置中的焊盤和走線間距要求。
為什么會(huì)這樣呢？原因是接地/電源平面布置（只要這些平面位于相鄰層中）將具有非常低的寄生電感。實(shí)際上，這是電路板上寄生電感的最低來源。如果您可以將旁路電容器放在電路板的底部，則可以實(shí)現(xiàn)更好的布置。
去耦電容器放置準(zhǔn)則
確定PDN中所需的去耦電容器的尺寸后，需要將其放置在某處，以確保它可以補(bǔ)償輸入電壓波動(dòng)。實(shí)際上，最好使用多個(gè)去耦電容器，因?yàn)樗鼈儗⒉⒙?lián)排列，并且并聯(lián)排列將提供較低的有效串聯(lián)電感。
較早的準(zhǔn)則會(huì)指出，您可以在板上的任何地方放置去耦電容器。但是，請(qǐng)注意這一點(diǎn)，因?yàn)檫@會(huì)增加去耦電容器和目標(biāo)IC之間的寄生電感，從而增加PDN阻抗和對(duì)EMI的敏感性。相反，對(duì)于具有快速邊沿速率的IC，應(yīng)將去耦電容器放置在靠近目標(biāo)IC的位置。下圖顯示了IC附近的典型旁路和去耦電容器布置。這是高速電路的一種很好配置，因?yàn)閷?duì)于所有信號(hào)路徑，電容器和IC之間的寄生電感非常低。
小心建模PDN阻抗
請(qǐng)記住，PDN阻抗決定了PDN上任何瞬態(tài)電壓振鈴的大小（在電源和地之間測(cè)得）。但是，旁路電容器也連接在電源和地之間，因此它們也是PDN的一部分！旁路和去耦電容器以及寄生電容和電感將共同決定PDN的阻抗譜，從而形成復(fù)雜的諧振和反諧振結(jié)構(gòu)。
雖然您可以在線找到一些PDN優(yōu)化工具，但它們假定所有寄生電路元素均為零，這與實(shí)際情況不符。在電路模型中，如何布置去耦/旁路電容器（小到大或大到小）都無關(guān)緊要。在實(shí)際布局中，寄生因素很重要（如上所述），特別是對(duì)于高速/低電平IC。