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Análisis de condensadores de derivación en PCB de alta velocidad

1 Introducción

A medida que el volumen del sistema disminuye y la frecuencia de operación aumenta, las funciones del sistema se vuelven más complejas, lo que requiere que varios módulos funcionales integrados diferentes funcionen al mismo tiempo. Solo con un buen EMC y un bajo EMI por módulo se puede garantizar la implementación de toda la función del sistema. Esto requiere que el propio sistema no solo tenga un buen rendimiento para bloquear las interferencias externas, sino que no produzca un EMI grave al mundo exterior cuando funcione al mismo tiempo que otros sistemas. Además, la fuente de alimentación del interruptor se utiliza cada vez más ampliamente en el diseño de sistemas digitales de alta velocidad, y a menudo se necesitan varias fuentes de alimentación en un sistema. El sistema eléctrico no solo es vulnerable a la interferencia, sino que el ruido generado durante el suministro de energía traerá graves problemas EMC a todo el sistema. Por lo tanto, en el diseño de PCB de alta velocidad, cómo filtrar mejor el ruido de la fuente de alimentación es la clave para garantizar una buena integridad de la fuente de alimentación. En este trabajo se analizan las características de filtrado de los condensadores, la influencia de la inducción parasitaria de los condensadores en el rendimiento del filtro y el fenómeno del anillo de corriente en los pcb, y se llegan a algunas conclusiones sobre cómo seleccionar los condensadores de derivación. Este artículo también se centra en el análisis del mecanismo de producción del ruido de la fuente de alimentación y el ruido de rebote de la tierra, y sobre esta base, analiza y compara varios métodos de colocación de condensadores de derivación en pcb.

Características de pérdida de inserción, características de respuesta de frecuencia y características de filtro del condensadores 2

2.1 características de pérdida de inserción de los condensadores ideales

La capacidad de los filtros de potencia EMI para suprimir el ruido de interferencia se mide generalmente a través de las características de pérdida de inserción (pérdida de inserción). La pérdida de inserción se define como la relación entre la potencia acústica P1 transmitida de la fuente de ruido a la carga cuando no hay conexión del filtro y la potencia acústica P2 transmitida de la fuente de ruido a la carga después de la conexión del filtro, representada en DB (decibelios). La figura 1 muestra las características de pérdida de inserción del capacitor ideal. Se puede ver que la pendiente de la curva de pérdida de inserción correspondiente al capacitor de 1 ° F es cercana a la frecuencia de 20 DB / 10 veces.

Observar una de las características de pérdida de inserción. Cuando aumenta la frecuencia, aumenta el valor de pérdida de inserción del capacitor, es decir, el valor P1 / p2 aumenta. Esto significa que el ruido que se puede transmitir a la carga se reduce después de que el capacitor filtra el sistema. Se ha mejorado la capacidad del capacitor para filtrar el ruido de alta frecuencia. A juzgar por el análisis de la fórmula ideal del capacitor, cuando el capacitor es constante, cuanto mayor es la frecuencia de la señal y menor es la resistencia del circuito, es decir, el capacitor puede filtrar fácilmente el componente de alta frecuencia. Las conclusiones a partir de estos dos aspectos son consistentes.

Observar las curvas correspondientes a los diferentes condensadores. Cuando la frecuencia es muy baja, los valores de pérdida de inserción correspondientes de varios condensadores son aproximadamente los mismos, pero a medida que aumenta la frecuencia, los valores de pérdida de inserción de los pequeños condensadores aumentan en condensadores más grandes. Si la velocidad es más lenta, el valor de P1 / p2 aumentará más lentamente, lo que significa que los grandes condensadores son más fáciles de filtrar el ruido de baja frecuencia. Por lo tanto, al diseñar una placa de circuito de alta velocidad, generalmente colocamos un capacitor de 1 a 10 ° F en la entrada de energía de la placa de circuito para filtrar el ruido de baja frecuencia; Coloque 0,01 a 0,1 entre la fuente de alimentación y el suelo de cada equipo en la placa de circuito. El condensadores F de la isla filtra el ruido de alta frecuencia.

La resistencia de los condensadores conectados entre la fuente de alimentación y el suelo se puede calcular a través de la siguiente fórmula: el propósito del filtro del capacitor es filtrar el componente de CA superpuesto en el sistema eléctrico. Como se puede ver en la fórmula anterior, cuando la frecuencia es constante, cuanto mayor es el valor del capacitor y menor es la resistencia en el circuito, más fácil es que la señal de CA fluya al plano del suelo a través del capacitor. En otras palabras, parece que cuanto mayor sea el valor del capacitor, mejor será el efecto de filtrado. De hecho, este no es el caso, porque los condensadores reales no son ideales. Todas las características del capacitor. Los condensadores reales tienen componentes parasitarios que se forman al construir placas y cables de condensadores, y estos componentes parasitarios pueden ser equivalentes a resistencias e inductores conectados en serie en condensadores, generalmente conocidos como resistencias de serie equivalentes (esr) e inductores de serie equivalentes (esl). Este condensadores es en realidad un circuito de resonancia en serie. En el diseño real de circuitos o pcb, la presencia de inductores parasitarios de condensadores tendrá un gran impacto en el rendimiento de filtrado de los condensadores, por lo que en el diseño del sistema se deben seleccionar condensadores con inductores parasitarios relativamente pequeños.

2.2 Características de respuesta de alta frecuencia de los condensadores reales

A partir de la sección 2.1, sabemos que los condensadores reales funcionan debido a inductores parasitarios, lo que hace que el circuito de condensadores se convierta en un circuito de resonancia en serie. La frecuencia de resonancia es, de los cuales: l es una inducción equivalente; C es el capacitor real. Cuando la frecuencia es inferior a f0, se manifiesta como un capacitor; Cuando la frecuencia es superior a f0, se manifiesta como inductor. Por lo tanto, en comparación con los filtros de paso bajo, los condensadores son más como filtros de bloqueo de banda. La ESL y la ESR de los condensadores están determinadas por la estructura de los condensadores y el material dieléctrico utilizado, y no tienen nada que ver con la capacidad de los condensadores. Al reemplazar el mismo tipo de condensadores de gran capacidad, no se mejorará la capacidad de inhibir la Alta frecuencia. Cuando la frecuencia es inferior a f0, la resistencia del mismo tipo de condensadores de gran capacidad es menor que la de los condensadores de pequeña capacidad, pero cuando la frecuencia es superior a f0, ESL determina que no hay diferencia en la resistencia entre los dos. Se puede ver que para mejorar las características de filtrado de alta frecuencia, se deben utilizar condensadores con un ESL más bajo. El rango de frecuencia efectivo de cualquier tipo de condensadores es limitado, tanto ruido de baja frecuencia como ruido de alta frecuencia para un sistema, por lo que generalmente se necesitan diferentes tipos de condensadores en paralelo para lograr un rango de frecuencia efectivo más amplio. los PCB son un fabricante de PCB de alta precisión y alta calidad, como: Lola 370hr pcb, PCB de alta frecuencia, PCB de alta velocidad, sustratos ic, placas de prueba ic, PCB de resistencia, PCB hdi, PCB flexibles rígidos, PCB ciegos enterrados, PCB avanzados, PCB de microondas, PCB telfon y otros IPCB son buenos en la fabricación de pcb.