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電容的容值選擇及Fanout設(shè)計(jì)(上)-PCB設(shè)計(jì)的十大誤區(qū)
發(fā)布時(shí)間:2015-04-01 來源:吳均 一博科技 責(zé)任編輯:sherry
【導(dǎo)讀】之前介紹了電源設(shè)計(jì)不需要強(qiáng)制從濾波電容進(jìn)入到芯片管腳,也討論了在多層板設(shè)計(jì)的時(shí)候,電容傾向于呈現(xiàn)“全局特性”,電容的位置不再是那么重要。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(shè)計(jì)。
高速先生們本來不是網(wǎng)絡(luò)潮人,不過自從堅(jiān)持更新自媒體之后,大家都自覺開始追逐網(wǎng)絡(luò)熱點(diǎn)。為了文章能夠緊跟時(shí)代潮流,從而吸引粉絲大神們的視線,高速先生也都是蠻拼的。
話說羊年春節(jié)之后,熱點(diǎn)話題不斷。等到柴女神的視頻一出,立馬一統(tǒng)微信微博,其他話題全部靠邊。其實(shí)更喜歡視頻出來當(dāng)天的網(wǎng)絡(luò)氛圍,大家呈現(xiàn)一片正能量,摩拳擦掌,準(zhǔn)備大戰(zhàn)霧霾。但是第二天出現(xiàn)了太多不和諧,話題被引向了口水與八卦,實(shí)在讓人痛心。
我們的話題還是回歸電源噪聲設(shè)計(jì)。其實(shí)想想噪聲是不是也很像霧霾,我們對之深惡痛絕,但是卻無法根除。并且隨著用電需求增加,噪聲會變得更加嚴(yán)重。我們解決電源噪聲問題,也是要從根源出發(fā)(洗煤,提升油品質(zhì)量),需要提升電源輸出的質(zhì)量,同時(shí)增加濾波手段(汽車尾氣排放裝置,加油槍過濾裝置)
言歸正傳,我們之前的話題說到:濾波電容設(shè)計(jì),在多層板時(shí)代,電容傾向于呈現(xiàn)“全局特性”,電容的位置不再是那么重要;并且電源設(shè)計(jì)不需要強(qiáng)制從濾波電容進(jìn)入到芯片管腳。那么問題來了,什么才是濾波電容設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)。
關(guān)鍵點(diǎn)其實(shí)是濾波電容本身,我們需要關(guān)注濾波電容的容值選擇,進(jìn)而關(guān)注電容的品牌、型號及參數(shù)。圖1是研究濾波電容最基礎(chǔ)的理論,本章我們會從最簡單的電容特性及電容并聯(lián)開始介紹,相對比較基礎(chǔ),資深工程師可以暫時(shí)回避,下期再見。
圖1
單個(gè)電容的阻抗曲線,我們需要關(guān)注兩個(gè)參數(shù),ESR(等效寄生電阻)和ESL(等效寄生電感)。我們平常比較關(guān)心ESL,ESL加上安裝電感,和電容的容值構(gòu)成LC諧振,電感越大,諧振頻率往低頻偏移。諧振頻率之后,電容曲線呈現(xiàn)感性,也就是說諧振頻率往低頻偏移的同時(shí),電容的效果變差。
平常對ESR的關(guān)注不多,其實(shí)ESR也是非常關(guān)鍵的一個(gè)參數(shù)。不少人對ESR會有一些誤解。首先,ESR不是一個(gè)常數(shù),是隨著頻率而變化的。圖1的Murata工具里面看到的串聯(lián)電阻(Series Resistance )值,不是我們常規(guī)理解的諧振頻率點(diǎn)的ESR,后面的等效電路仿真的時(shí)候需要注意這個(gè)細(xì)節(jié)。圖2是這個(gè)電容的ESR隨頻率變化的曲線。諧振頻率點(diǎn)的ESR值,決定了電容阻抗曲線的最低點(diǎn)。這個(gè)值在電容設(shè)計(jì)的時(shí)候也非常重要,一般來說,小尺寸封裝的小電容,諧振頻率點(diǎn)的ESR值一般較大。
圖2
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接著,我們來看看電容的并聯(lián),先暫時(shí)忽略安裝電感,后面再單獨(dú)介紹安裝電感的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)。同種類電容的并聯(lián)如圖3所示,諧振頻率點(diǎn)不變,但是諧振頻率處的ESR會形成電阻并聯(lián)??梢哉J(rèn)為同一種類電容加的數(shù)量越多,電容并聯(lián)之后,諧振頻率點(diǎn)的阻抗越低。
不同種類電容的并聯(lián)如圖4所示,兩種電容并聯(lián),會出現(xiàn)兩個(gè)諧振頻率點(diǎn)。同時(shí)還會出現(xiàn)一個(gè)反諧振頻率點(diǎn),這個(gè)反諧振頻率是電容設(shè)計(jì)的難點(diǎn)之一。
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