滤波电容布线

       滤波电容对于工程师并不陌生,它在电路中无处不在,每个芯片的周围都有它的身影。滤波电容分为两种:小容值的用在高频去耦上,大容值的用在低频去耦上。因为小容值的更接近理想电容,寄生电感小,对高频信号能起到很好的低阻抗作用。大容值电容的寄生电感大,主要用于储能,补充电流的消耗。

        在使用去耦电容时要记住一条准则:电流总是沿最小阻抗路径流动。在设计中遵循这条基本准则才能约束电流沿着工程师设计的最小阻抗路径流动。下面分别看一下高频去耦(旁路 bypass)电容和输出去耦电容。

高频旁路电容

       由于开关电源的高 di/dt,干扰的谐波频率很高,所以开关电源需要高频旁路电容将这个高频干扰约束在一个小范围内,不让它向外扩散。下面对一些常见的高频旁路电容接法进行对比。

滤波电容布线_第1张图片

       高频旁路电容连接必须具有最小附加电感。一些粗糙的设计往往采用类似图中最上面的设计方案。由于附加电感削弱了电容的去耦作用,那么放置电容完全是在浪费资金和空间。最好的方法是图中所示的最下面的设计。封闭的环路面积被最小化,并且有良好的磁场抵消效果,这样有利于低电感互联。第二个和第三个方法被最为广泛的应用。过孔放置的时候需要与焊盘相切,从单过孔转换为双过孔能够使寄生电感降低 10%至 20%。增加第三个过孔只能带来 1%或 2%的改善。

输出旁路电容

       让我们先看一下图中所示的两种布局方式。两种方式都是想要输出电容与表面贴装焊盘相连接。左边的设计由于具有高的电感量,使得在降低波纹和尖脉冲方面做得不够好。左边的设计从输入到输出的直通连接通道比通过电容器的通道有更低的阻抗,所以电流将沿最低的阻抗路径流动,电容的作用将大大减小。

滤波电容布线_第2张图片

        对于右边的设计来说,输入和输出走线更宽厚,因此其连接阻抗更低。但是更重要的考虑是相对于电容器走线的物理方向,注意电流通道通过电容焊盘,输出从电容直接连出,从输出的角度看电容器,这是阻抗最低的连接。唯一可以实现的进一步改进是使走线足够宽,这样它们能够有效地降低到电容的寄生电感。如果使用多个去耦电容器,也用类似方法,并联后电容的寄生电感更小。如果电容器需要连接内部接地或电源层,可以使用大量过孔连接内层电路。

通过上面的分析,可以看到在设计电源 PCB中电容布局布线的几个基本方法
(1)每个引脚采用多个过孔
(2)利用覆铜连接大量的电容器
(3)在检流电阻附近放置大量的电容器
(4)放置大电容使得形成多个为负载蓄能的通道。
(5)输出要穿过电容器。

 

 

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