PCB-Neuigkeiten - Die Rolle von Kondensatoren im Hochgeschwindigkeits-PCB-Design

Teil 1: Klassifizierung von Kondensatoren

Kondensatoren werden nach Anwendung im SchaltungsDesign klassifiziert. Kondensatoren können in vier Kategorien unterteilt werden:

Die erste Kategorie: AC-Kupplungskondensatoren. Hauptsächlich verwendet für AC-Kopplung von Ghz-Signalen.

Die zweite Kategorie: Entkopplungskondensatoren. Es wird hauptsächlich verwendet, um das Rauschen der Stromversorgung oder Masse der Hochgeschwindigkeits-Leiterplatte fernzuhalten.

Die dritte Kategorie: Kondensatoren, die in aktiven oder passiven RC-Filtern oder Frequenzauswahlnetzwerken verwendet werden.

Die vierte Kategorie: Kondensatoren für analoge Integratoren und Sample-und-Hold Schaltungen.

In diesem Artikel werden wir hauptsächlich die zweite Kategorie der Entkopplungskondensatoren diskutieren.

Kondensatoren werden nach den Materialien und Verfahren der Herstellung klassifiziert, und es gibt hauptsächlich die folgenden verschiedenen Formen von Kondensatoren:

1. NPO-Keramikkondensatoren

2. Keramikkondensatoren aus Polystyrol

3. Polypropylenkondensator

4. PTFE-Kondensator

5. MOS-Kondensator

6. Polycarbonatkondensatoren

7. Polyester-Kondensator

8. Monolithische keramische Kondensatoren

9. Glimmerkondensator

10. Elektrolytkondensatoren aus Aluminium

11. Tantal-Elektrolytkondensatoren

Im eigentlichen Design, aus verschiedenen Gründen wie Preis und Kauf, sind die Kondensatoren, die häufig verwendet werden: Keramikkondensatoren, Aluminium-Elektrolytkondensatoren und Tantal-Kondensatoren.

Teil 2: Die spezifischen Modell- und Verteilungsparameter des Kondensators

Um Kondensatoren richtig und vernünftig anzuwenden, ist es natürlich notwendig, das spezifische Modell des Kondensators und die spezifische Bedeutung und Funktion jedes verteilten Parameters im Modell zu verstehen. Wie andere Komponenten unterscheidet sich die tatsächliche Kapazität vom "idealen" Kondensator. Der "echte" Kondensator hat aufgrund des Einflusses seiner Verpackung, seines Materials usw. eine zusätzliche Eigenschaft der Induktivität und des Widerstands und muss zusätzlich "parasitär" verwendet werden. "Komponenten oder "nicht-ideale" Leistung zu charakterisieren, seine Manifestationen sind Widerstandskomponenten und induktive Komponenten, nichtlineare und dielektrische Speicherleistung. "Kondensatormodell wird unten gezeigt. Aufgrund der Eigenschaften des Kondensators, die durch diese parasitären Elemente bestimmt werden, wird es normalerweise detailliert in der Produktbeschreibung des Kondensatorherstellers beschrieben. Wenn Sie diese parasitären Effekte in jeder Anwendung verstehen, können Sie den richtigen Kondensator-Typ wählen.

Aus der obigen Abbildung können wir sehen, dass der Kondensator eigentlich aus sechs Teilen bestehen sollte. Neben dem eigenen Kondensator C gibt es folgende Komponenten:

1. Äquivalenter Reihenwiderstand ESR RESR: Der äquivalente Reihenwiderstand eines Kondensators besteht aus dem Stiftwiderstand des Kondensators und dem äquivalenten Widerstand der beiden Platten des Kondensators in Reihe. Wenn ein großer Wechselstrom durch den Kondensator fließt, bewirkt RESR, dass der Kondensator Energie ableitet (und somit Verluste erzeugt). Dies hat schwerwiegende Folgen für Hochfrequenzschaltungen und Stromentkopplungskondensatoren mit hohen Wellenströmen. Aber es wird keinen großen Einfluss auf präzise hochohmige, kleine Signal analoge Schaltungen haben. Die Kondensatoren mit dem niedrigsten RESR sind Glimmerkondensatoren und Filmkondensatoren.

2. Äquivalente Reiheninduktivität ESL, LESL: Die äquivalente Reiheninduktivität eines Kondensators besteht aus der Pin-Induktivität des Kondensators und der äquivalenten Induktivität der beiden Platten des Kondensators in Reihe. Wie RESR hat auch LESL ernsthafte Probleme in Hochfrequenz- oder Hochfrequenz-Arbeitsumgebungen, obwohl die Präzisionsschaltung selbst normalerweise unter Gleich- oder Niederfrequenzbedingungen arbeitet. Der Grund dafür ist, dass die Transistoren, die in analogen Präzisionsschaltungen verwendet werden, immer noch Verstärkung haben, wenn die Übergangsfrequenzen auf Hunderte von Megahertz oder Gigahertz ausgedehnt werden, und Resonanzsignale mit sehr niedrigen Induktivitätswerten verstärken können. Dies ist der Hauptgrund für eine ordnungsgemäße Entkopplung der Leistungsklemme dieser Schaltung unter Hochfrequenzbedingungen.

3. Äquivalenter paralleler Widerstand EPR RL: Es ist, was wir normalerweise den Kondensator Leckagewiderstand nennen. In AC-Kopplungsanwendungen, Speicheranwendungen (wie analoge Integratoren und Sample-and-Hold-Geräte) und wenn Kondensatoren in hochohmigen Schaltkreisen verwendet werden, ist RL ein wichtiger Parameter, die Ladung in einem idealen Kondensator sollte sich nur mit dem externen Strom ändern. Die RL im eigentlichen Kondensator bewirkt jedoch, dass die Ladung langsam mit einer Geschwindigkeit ausläuft, die durch die RC-Zeitkonstante bestimmt wird.

4. Die beiden Parameter RDA und CDA sind auch die Verteilungsparameter des Kondensators, aber der tatsächliche Effekt ist relativ klein, so dass sie hier nicht eingeführt werden. Es gibt also drei wichtige Verteilungsparameter der Kapazität: ESR, ESL, EPR. Die wichtigsten sind ESR und ESL. Eigentlich wird nur RLC verwendet, um das Modell bei der Analyse des Kondensatormodells zu vereinfachen, das heißt, um die C, ESR und ESL des Kondensators zu analysieren. Wir werden uns nächste Woche auf das vereinfachte Modell des Kondensators konzentrieren.

5. Auf der Grundlage der Einführung des detaillierten Modells unten sprechen wir über zwei Arten von Kondensatoren, die oft in unserem Design verwendet werden:

6. Elektrolytkondensatoren (wie Tantalkondensatoren und Aluminiumelektrolytkondensatoren) haben eine große Kapazität. Aufgrund ihres niedrigen Isolationswiderstands, das heißt, der äquivalente parallele Widerstand EPR ist klein, der Leckstrom ist sehr groß (typischer Wert 5-20nA/μF), so dass es nicht für Lagerung und Kopplung geeignet ist. Elektrolytkondensatoren eignen sich besser für Bypass-Kondensatoren für Netzteile und werden zur Stabilisierung der Stromversorgung verwendet. Die am besten geeigneten Kondensatoren für Wechselstrom-Kopplung und Ladungsspeicherung sind PTFE-Kondensatoren und andere Polyester-Kondensatoren (Polypropylen, Polystyrol, etc.).

7. Monolithische Keramikkondensatoren eignen sich besser für die Entkopplung von Kondensatoren in Hochfrequenzschaltungen, da sie eine sehr niedrige äquivalente Serieninduktivität haben, das heißt, die äquivalente Serieninduktivität ESL ist sehr klein und hat ein breites Entkopplungsfrequenzband. Dies hat eine große Beziehung zu seiner Struktur. Monolithische Keramikkondensatoren bestehen aus mehrschichtigen Metallzwischenschichten und Keramikfolien, und diese Mehrschichtfolien sind parallel zu den Busbars angeordnet, anstatt in Serie aufzuwickeln. von.

8. Diese Woche sprachen wir über das detaillierte äquivalente Modell der Kondensatoren. Ich glaube, jeder sollte ein tieferes Verständnis von Kondensatoren haben. Nächste Woche werden wir weiter über das vereinfachte Äquivalent von Kondensatoren sprechen, das wir häufig in praktischen Analyseanwendungen verwenden. Modell, Ursprung und Bedeutung seiner Impedanzkurve.

Das obige ist eine Einführung in die Rolle von Kondensatoren in Hochgeschwindigkeits-PCB design. Ipcb wird auch für Leiterplattenhersteller and Leiterplattenherstellung Technologie.