Präzisions-Leiterplattenherstellung, Hochfrequenz-Leiterplatten, mehrschichtige Leiterplatten und Leiterplattenbestückung.
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Die Bildung von Spike Strom:
Die Größe des Stroms, der von der Stromversorgung entzogen wird, wenn die digitale Schaltung hohen Pegel ausgibt, unterscheidet sich im Allgemeinen vom Strom, der während der niedrigen Pegel-Ausgabe eingespritzt wird, d.h. der Strom, der während der niedrigen Pegel-Ausgabe gesenkt wird > der Strom, der von der Stromversorgung entzogen wird.
Die Wellenform des Spitzenstroms variiert je nach Gerätetyp und kapazitiver Last, die an die Ausgangsklemme angeschlossen ist.
Die Hauptgründe für den Spitzenstrom sind:
Die T3- und T4-Rohre der Ausgangsstufe werden in der kurzen Ausführung gleichzeitig eingeschaltet. Im Prozess des NAND-Gates von Ausgangsniedrig auf hohes Niveau erzeugt der negative Sprung der Eingangsspannung einen großen Umkehrstrom in der Basisschleife von T2 und T3. Da die Sättigungstiefe von T3 größer ist als die von T2 Groß, wird der Umkehrstrom dazu führen, dass T2 zuerst aus der Sättigung entkommt und abgeschnitten wird. Nachdem T2 ausgeschaltet ist, steigt sein Kollektorpotential und wird T4 eingeschaltet. Aber zu diesem Zeitpunkt ist T3 nicht aus Sättigung, so dass in einer sehr kurzen Konstruktion werden T3 und T4 gleichzeitig eingeschaltet, wodurch ein großer ic4 erzeugt wird, wodurch der Stromversorgungsstrom einen Spitzenstrom bildet. R4 in der Abbildung ist dazu ausgebildet, diesen Spitzenstrom zu begrenzen.
R4 in der TTL-Gate-Schaltung mit geringer Leistung ist größer, also ist sein Spitzenstrom kleiner. Wenn sich die Eingangsspannung von niedrig auf hoch ändert, ändert sich der Ausgangspegel des NAND-Gates von hoch auf niedrig. Zu diesem Zeitpunkt können auch T3 und T4 gleichzeitig eingeschaltet werden. Wenn jedoch T3 eingeschaltet wird, befindet sich T4 im Verstärkungszustand und die Spannung zwischen Kollektor und Emitter der beiden Rohre ist größer, so dass der erzeugte Spitzenstrom kleiner ist und der Einfluss auf den Stromversorgungsstrom relativ klein ist.
Eine weitere Ursache für Spitzenstrom ist der Einfluss der Lastkapazität. Es befindet sich tatsächlich ein Lastkondensator CL am Ausgang des NAND-Gates. Wenn der Ausgang des Gates von niedrig auf hoch wechselt, wird die Versorgungsspannung durch T4 auf den Kondensator CL aufgeladen, wodurch ein Spitzenstrom gebildet wird.
Wenn der Ausgang des NAND-Gates von hohem auf niedrigem Niveau wechselt, wird der Kondensator CL durch T3 entladen. Zu diesem Zeitpunkt geht der Entladungsstrom nicht durch die Stromversorgung, so dass der Entladungsstrom von CL keinen Einfluss auf den Stromversorgungsstrom hat.
Unterdrückungsmethode des Spitzenstroms:
1. Maßnahmen zur Verkabelung der Leiterplatte ergreifen, um die Streukapazität der Signalleitung zu minimieren;
2. Eine andere Methode besteht darin, den internen Widerstand der Stromversorgung zu verringern, so dass der Spitzenstrom keine übermäßigen Spannungsschwankungen der Stromversorgung verursacht;
3. Die übliche Praxis besteht darin, Entkopplungskondensatoren für die Filterung zu verwenden, die in der Regel am Leistungseingang der Leiterplatte platziert werden.
Ein 1uFï½10uF Entkopplungskondensator zum Herausfiltern niederfrequenter Rauschen; Ein 0.01uFï½0.1uF Entkopplungskondensator (Hochfrequenz-Filterkondensator) wird zwischen der Leistung und Masse jedes aktiven Geräts in der Leiterplatte platziert. Hochfrequentes Rauschen herausfiltern. Der Zweck des Filterns besteht darin, die Wechselstromstörungen herauszufiltern, die auf der Stromversorgung überlagert sind, aber es ist nicht so, dass je größer die Kapazität des verwendeten Kondensators, desto besser, weil der tatsächliche Kondensator kein idealer Kondensator ist und nicht alle Eigenschaften eines idealen Kondensators hat.
Die Auswahl des Entkopplungskondensators kann nach C=1/F berechnet werden, wobei F die Schaltungsfrequenz ist, d.h. 0,1uF für 10MHz und 0,01uF für 100MHz. Im Allgemeinen kann es 0,1 ~ 0,01uF sein.
Der neben dem aktiven Gerät platzierte Hochfrequenzfilterkondensator hat zwei Funktionen. Die eine besteht darin, entlang der Stromversorgung geleitete Hochfrequenzstörungen auszufiltern, und die andere besteht darin, den für den Hochgeschwindigkeitsbetrieb des Geräts erforderlichen Spitzenstrom rechtzeitig zu ergänzen. Daher muss die Platzierung des Kondensators berücksichtigt werden.
Aufgrund der parasitären Parameter des eigentlichen Kondensators kann es dem auf dem Kondensator in Reihe geschalteten Widerstand und Induktivität entsprechen, die als äquivalenter Reihenwiderstand (ESR) und äquivalente Reiheninduktivität (ESL) bezeichnet werden. Auf diese Weise ist der eigentliche Kondensator eine Reihenresonanzschaltung.
Der tatsächliche Kondensator ist kapazitiv bei Frequenzen niedriger als Fr und induktiv bei Frequenzen höher als Fr, so dass der Kondensator mehr wie ein Band-Stop-Filter ist.
Der 10uF elektrolytische Kondensator hat eine große ESL und Fr weniger als 1MHz, die eine bessere Filterwirkung auf niederfrequente Geräusche wie 50Hz hat, aber keine Auswirkung auf hochfrequente Schaltgeräusche von Hunderten von Megabyte hat.
Die ESR und ESL eines Kondensators werden durch die Struktur des Kondensators und des verwendeten Mediums bestimmt und nicht durch die Kapazität. Die Fähigkeit, hochfrequente Störungen zu unterdrücken, kann nicht verbessert werden, wenn ein Kondensator mit größerer Kapazität verwendet wird. Für denselben Kondensator-Typ ist bei einer Frequenz niedriger als Fr die Impedanz der größeren Kapazität kleiner als die der kleineren Kapazität, aber wenn die Frequenz höher als Fr ist, bestimmt ESL Es wird keinen Impedanzschied zwischen den beiden geben.
Die Verwendung von zu vielen Kondensatoren mit großer Kapazität auf der Leiterplatte ist nicht hilfreich für die Filterung von Hochfrequenzstörungen, insbesondere bei der Verwendung von Hochfrequenzschaltversorgungen. Ein weiteres Problem ist, dass zu viele Kondensatoren mit großer Kapazität den Einfluss auf die Stromversorgung beim Einschalten und Heißwechseln der Leiterplatte erhöhen, was wahrscheinlich Probleme wie Stromversorgungsspannungsabfall, Zündung des Leiterplattenstecklers und langsame Spannungsanstiege in der Leiterplatte verursachen wird.
Platzierung von Entkopplungskondensatoren im PCB-Layout
Bei der Installation von Kondensatoren ist das erste zu erwähnende der Installationsabstand. Der Kondensator mit der kleinsten Kapazität hat die höchste Resonanzfrequenz und den kleinsten Entkopplungsradius, so dass er am nächsten zum Chip platziert wird. Die größere Kapazität kann weiter entfernt sein, und die äußerste Schicht hat die größte Kapazität. Allerdings sollten alle Kondensatoren, die den Chip entkoppeln, möglichst nah an den Chip liegen.
Ein weiterer Punkt zu beachten ist, dass es beim Platzieren am besten gleichmäßig um den Chip verteilt wird, und dies muss für jede Kapazitätsebene getan werden. Normalerweise wird bei der Konstruktion des Chips die Anordnung der Strom- und Erdstifte berücksichtigt, und sie sind in der Regel gleichmäßig auf den vier Seiten des Chips verteilt. Somit gibt es um den Chip herum Spannungsstörungen, und die Entkopplung muss auch den gesamten Chipbereich gleichmäßig entkoppeln. Wenn die 680pF-Kondensatoren in der obigen Abbildung aufgrund des Entkopplungsradiusproblemes alle auf den oberen Teil des Chips platziert sind, kann die Spannungsstörung am unteren Teil des Chips nicht gut entkoppelt werden.
Kondensatorinstallation
Ziehen Sie bei der Installation des Kondensators einen kurzen Bleiddraht aus dem Pad heraus und verbinden Sie ihn dann durch das Durchgangsloch mit der Leistungsebene, und das gleiche gilt für den Erdanschluss. Auf diese Weise ist die Stromschleife, die durch den Kondensator fließt: Leistungsebene-vias-Bleiddrähte-Pads-Kondensatoren-Pads-Bleiddrähte-vias-Erdebene, die folgende Abbildung zeigt intuitiv den Stromreflußweg.
Die erste Methode führt einen langen Bleiddraht aus dem Pad heraus und verbindet sich anschließend mit dem Durchgangsloch. Dies führt zu einer großen parasitären Induktanz. Dies muss vermieden werden. Dies ist die schlimmste Installationsmethode.
Das zweite Verfahren bohrt Löcher an den beiden Enden des Pads neben dem Pad, das eine viel kleinere Straßenfläche aufweist als das erste Verfahren, und die parasitäre Induktivität ist ebenfalls klein, was akzeptabel ist.
Der dritte Typ besteht darin, Löcher an der Seite des Pads zu bohren, was die Schleifenfläche weiter reduziert, und die parasitäre Induktivität ist kleiner als der zweite Typ, was eine bessere Methode ist.
Die vierte Methode hat Löcher auf beiden Seiten des Pads. Im Vergleich zum dritten Verfahren ist dies gleichwertig, dass jedes Ende des Kondensators parallel über Vias mit der Leistungsebene und der Erdebene verbunden ist, die kleiner ist als die dritte parasitäre Induktivität. Raum erlaubt, versuchen Sie diese Methode zu verwenden.
Die letzte Methode besteht darin, Löcher direkt auf die Pads zu bohren, mit der geringsten parasitären Induktivität, aber Schweißen kann Probleme verursachen. Ob es verwendet werden soll, hängt von der Verarbeitungsfähigkeit und der Methode ab.
Die dritte und vierte Methode wird empfohlen.
Es muss betont werden, dass einige PCB-Ingenieure manchmal gemeinsame Vias für mehrere Kondensatoren verwenden, um Platz zu sparen. Tut dies unter keinen Umständen. Es ist am besten, einen Weg zu finden, um das Design der Kondensatorkombination zu optimieren und die Anzahl der Kondensatoren zu reduzieren.
Da je breiter die gedruckte Linie, desto kleiner die Induktivität ist, sollte die Ausführungslinie vom Pad zum Via so breit wie möglich sein und möglichst versuchen, die gleiche Breite wie das Pad zu haben. Auf diese Weise, auch wenn es sich um einen Kondensator in einem 0402-Paket handelt, können Sie auch einen 20mil breiten Bleiddraht verwenden.
