Leiterplattentechnisch - Diskussion über das Design des Entkopplungskondensators in PCB

Bypass und Entkopplung verbessern die Qualität des Stromverteilungsnetzes, indem sie die Übertragung von Nutzenergie von einem Stromkreis zum anderen verhindern und den Übertragungsweg der Geräuschenergie ändern. Es hat drei Grundkonzepte: Stromversorgung, Erdungsebene, Komponente und Stromanschluss der inneren Schicht.

Entkopplung ist die Übertragung von RF-Energie von der Stromversorgungsseite des Hochfrequenz-Leiterplatte Gerät zum Stromverteilungsnetz, wenn das Gerät mit hoher Geschwindigkeit ein- und ausgeschaltet wird. Entkopplungskondensatoren bieten auch eine lokale DC-Quelle für Geräte und Komponenten, was nützlich ist, um Überspannungsspitzen in der Stromausbreitung über die Platte zu reduzieren.

In digitalen Schaltungen und IC-Steuerkreisen ist eine Leistungsentkopplung erforderlich. Ein transienter Spike tritt im Stromverteilungsnetz ohne Entkopplung von Kondensatoren auf, wenn die Komponentenschalter Gleichstrom verbrauchen. Dies liegt daran, dass es eine bestimmte Induktivität im Stromversorgungsnetz gibt und der Entkopplungskondensator eine lokale Stromversorgung ohne Induktivität oder sehr geringe Induktivität bereitstellen kann. Durch das Halten der Spannung auf einem konstanten Bezugspunkt verhindert der Entkopplungskondensator eine fehlerhafte Logikkonversion und reduziert die Geräuschentwicklung, da er anstelle eines großen Rückstrombereichs zwischen dem Element und der entfernten Stromversorgung einen Schleifenbereich für Hochgeschwindigkeitsschaltstrom bietet.

Der Entkopplungskondensator in der Leiterplatte kann den Stromschleifenbereich stark reduzieren. Eine weitere Funktion des Entkopplungskondensators besteht darin, eine lokale Energiespeicherquelle bereitzustellen, die den Strahlungsweg der Stromversorgung reduzieren kann. Die Erzeugung von HF-Energie im Stromkreis ist proportional zu I·A· F, wobei I der Rückstromstrom ist; A ist der Bereich der Schleife; F ist die Frequenz des Stroms. Da Strom und Frequenz bei der Geräteauswahl bestimmt werden, ist es wichtig, die Schleifenfläche des Stroms zu reduzieren, um die Strahlung zu reduzieren. In Schaltungen mit Entkopplungskondensatoren fließt Strom in kleinen HF-Stromschleifen und reduziert so die HF-Energie. Kleine Schleifenbereiche können durch Platzieren von Entkopplungskondensatoren erreicht werden.

Wie in der obigen Abbildung gezeigt, ist δ U das Rauschen, das L·di/dt auf dem Erddraht erzeugt, das in der Entkopplungskapazität fließt. Diese DELTA U treibt die Gleichtaktspannung von der Erdungsstruktur auf der Platine und dem Verteilersystem auf die gesamte Platine. Daher hängt die Abnahme von δ U mit der Erdimpedanz sowie der Verwendung und Lage des Entkopplungskondensators zusammen.

Die Entkopplung ist auch eine Möglichkeit, physikalische und zeitliche Einschränkungen zu überwinden, indem eine niederohmige Stromversorgung zwischen der Signalleitung und der Stromleitung sowie zwischen der Ebene bereitgestellt wird. Bevor die Frequenz zum Selbstresonanzpunkt ansteigt, während die Frequenz zunimmt, wird die Impedanz des Entkopplungskondensators immer niedriger, so dass das Hochfrequenzrauschen effektiv von der Signalleitung entladen wird und die verbleibende niederfrequente Strahlungsenergie keinen Einfluss hat. Nach dem Prinzip des Entkopplungskondensators, wenn es schwieriger ist, Energie von der Stromleitung zu absorbieren, wird der größte Teil der Energie vom Entkopplungskondensator erhalten, was der Rolle des Entkopplungskondensators volles Spiel gibt, und gleichzeitig wird das di/DT Rauschen auf der Stromleitung kleiner sein. Auf diese Weise kann die Impedanz an der Stromleitung künstlich erhöht werden.

Es ist eine gängige Methode, Ferritperlen in Reihe an der IC-Stromversorgungsleitung anzuschließen. Da Ferritperlen eine große Impedanz gegenüber Hochfrequenzstrom aufweisen, wird der Effekt der Entkopplungskapazität der Stromversorgung verstärkt.

Bypassing ist der Abfluss unnötiger Gleichtakt-HF-Energie von Komponenten oder Kabeln. Sein Wesen besteht darin, eine ALTERNATIVE Stromumgehung zu schaffen, um unerwünschte Energie aus gefährdeten Bereichen abzuleiten. Darüber hinaus bietet es Filtermöglichkeiten. Seine Filterfähigkeit ist offensichtlich durch die eigene Bandbreite begrenzt. Bypasss werden manchmal gemeinsam als Filterdesigns bezeichnet. Bypass oder Filterung wird normalerweise zwischen Stromquellen und Masse, zwischen Signalen und Masse oder zwischen verschiedenen Erdungen angewendet. Es unterscheidet sich von der Entkopplung. Aber die Verwendung von Kondensatoren ist die gleiche, so dass die Eigenschaften, die normalerweise über Kondensatoren beschrieben werden, für Entkopplung und Bypass gelten.

Der Energiespeicher dient zur Aufrechterhaltung einer konstanten Gleichspannung und eines konstanten Stroms, der dem Gerät zugeführt wird, wenn die verwendeten Signalpins gleichzeitig unter Kapazitätslast ein- und ausgeschaltet werden. Es verhindert auch Stromausfälle durch DI/DT-Überspannung des Geräts. Handelt es sich bei der Entkopplung um eine Hochfrequenzkategorie, kann Energiespeicher als Niederfrequenzkategorie verstanden werden.