Tecnología de PCB - Diseño e instalación de PCB de condensadores de desacoplamiento

Formación de la corriente de pico:

Cuando el circuito digital emite una alta potencia, el tamaño de la corriente extraída de la fuente de alimentación suele ser diferente de la corriente inyectada cuando se produce una salida de bajo nivel, es decir, la corriente hundida durante la salida de bajo nivel > el voltaje extraído de la fuente de alimentación.

La forma de onda de la corriente de alimentación máxima varía según el tipo de dispositivo utilizado y la carga capacitiva conectada al terminal de salida.

Las principales razones de la corriente de pico son:

En el diseño corto, los tubos t3 y T4 de la etapa de salida se conducen al mismo tiempo. El salto negativo del voltaje de entrada genera una gran corriente de accionamiento inverso en los circuitos de base de t2 y T3 durante el proceso de salida de bajo a alto nivel de la puerta y no, ya que la profundidad de saturación de T3 está diseñada para ser mayor que la profundidad de saturación de t2. grande, la corriente de accionamiento inverso hace que t2 se deshaga primero de la saturación y se Corte. después del Corte de t2, su potencial de captación sube y conduce t4. Pero en este momento T3 aún no está fuera de saturación, por lo que en un diseño muy corto, t3 y T4 se conectarán simultáneamente, generando así un gran ic4 que hace que la corriente de alimentación forme una corriente máxima. El R4 en la imagen está diseñado para limitar esta corriente máxima.

El R4 en el circuito de puerta ttl de baja potencia es mayor, por lo que su corriente máxima es menor. Cuando el voltaje de entrada cambia de bajo a alto, el nivel de salida de la Puerta NAND cambia de alto a bajo. En este momento, t3 y T4 también se pueden conectar al mismo tiempo. Sin embargo, cuando T3 comienza a conducir, T4 está en un Estado amplificado y el voltaje entre el coleccionista y el emisor de los dos tubos es mayor, por lo que la corriente máxima generada es menor y el impacto en la corriente de alimentación es relativamente pequeño.

Otra razón de la corriente de pico es la influencia de los condensadores de carga. De hecho, hay un condensadores de carga CLS en la salida de la puerta nand. Cuando la salida de la puerta cambia de baja a alta, el voltaje de la fuente de alimentación se carga por T4 al condensadores cls, formando así una corriente pico.

Cuando la salida de la Puerta NAND cambia de un nivel alto a un nivel bajo, el condensadores CL se descargan a través de t3. En este momento, la corriente de descarga no pasa por la fuente de alimentación, por lo que la corriente de descarga del CLS no tiene ningún efecto en la corriente de alimentación.

Método de supresión de la corriente pico:

1. tomar medidas para el cableado de la placa de circuito para minimizar la capacidad dispersa de la línea de señal;

2. otro método es minimizar la resistencia interna de la fuente de alimentación para que la corriente máxima no cause fluctuaciones excesivas de voltaje de la fuente de alimentación;

3. la práctica habitual es utilizar condensadores de desacoplamiento para filtrar, generalmente colocados en la entrada de energía de la placa de circuito.

Condensadores de desacoplamiento 1ufï y medio 10uf para filtrar el ruido de baja frecuencia; Coloque un capacitor de desacoplamiento 0.01ufï 0.1uf (capacitor de filtro de alta frecuencia) entre la fuente de alimentación y el suelo de cada dispositivo activo en la placa de circuito. Filtrar ruido de alta frecuencia. El objetivo del filtro es filtrar la interferencia de CA superpuesta a la fuente de alimentación, pero no es que cuanto mayor sea el capacitor utilizado, mejor, porque el capacitor real no es el capacitor ideal y no tiene todas las características del capacitor ideal.

La selección de condensadores de desacoplamiento se puede calcular en función de C = 1 / f, de los cuales F es la frecuencia del circuito, es decir, 10 MHz es de 0,1uf y 100 MHz es de 0,01uf. En general, puede ser de 0,1 a 0,01uf.

Los condensadores de filtro de alta frecuencia colocados junto a los dispositivos activos tienen dos funciones. Una es filtrar la interferencia de alta frecuencia transmitida a lo largo de la fuente de alimentación, y la otra es complementar oportunamente la corriente máxima necesaria para el funcionamiento de alta velocidad del equipo. Por lo tanto, es necesario considerar la ubicación del capacitor.

Debido a los parámetros parasitarios del capacitor real, puede ser equivalente a la resistencia e inducción conectada en serie en el capacitor, llamada resistencia de serie equivalente (esr) e inducción de serie equivalente (esl). De esta manera, el capacitor real es un circuito de resonancia en serie.

Los condensadores reales son capacitivos a frecuencias inferiores a fra y inductivos a temperaturas superiores a fra, por lo que los condensadores son más como filtros de bloqueo de banda.

Los condensadores electroliticos 10uf tienen un ESL más grande y un fri inferior a 1 mhz, y tienen un mejor efecto de filtrado en ruido de baja frecuencia como 50hz, pero no tienen ningún efecto en el ruido de conmutación de alta frecuencia de cientos de megabytes.

Los ESR y los ESL de los condensadores están determinados por la estructura de los condensadores y el medio utilizado en lugar de los condensadores. La capacidad de inhibir la interferencia de alta frecuencia no se puede mejorar mediante el uso de condensadores de mayor capacidad. Para el mismo tipo de condensadores, la resistencia de la mayor capacidad es menor que la resistencia de la menor capacidad a una frecuencia inferior a la de frs, pero si la frecuencia es superior a la de frs, ESL determina que no hay diferencia en la resistencia entre los dos.

El uso excesivo de condensadores de gran capacidad en placas de circuito no ayuda a filtrar la interferencia de alta frecuencia, especialmente cuando se utiliza la fuente de alimentación del interruptor de alta frecuencia. Otro problema es que el exceso de condensadores de gran capacidad aumenta el impacto en la fuente de alimentación cuando se electrifican y conectan en caliente las placas de circuito, lo que puede causar problemas como la caída del voltaje de la fuente de alimentación, el encendido del conector de la placa de circuito y el lento aumento del voltaje de la placa de circuito.

Colocación de condensadores de desacoplamiento en el diseño de PCB

Para la instalación de condensadores, lo primero que hay que mencionar es la distancia de instalación. El capacitor más pequeño del capacitor tiene la frecuencia de resonancia más alta y el radio de desacoplamiento más pequeño, por lo que se coloca en la posición más cercana al chip. Una mayor capacidad puede alejarse más y la capacidad más externa es la mayor. Sin embargo, todos los condensadores que desacoplan el chip deben estar lo más cerca posible del chip.

Otro punto a tener en cuenta es que al colocarse, es mejor distribuirlo uniformemente alrededor del CHIP y debe distribuirse para cada nivel de condensadores. Por lo general, la disposición de los pines de alimentación y los pines de tierra se considera al diseñar el chip, y generalmente se distribuyen uniformemente en los cuatro lados del chip. Por lo tanto, la perturbación de voltaje existe alrededor del chip, y el desacoplamiento también debe desacoplar uniformemente toda la zona del chip. Si los condensadores 680pf en la imagen de arriba se colocan en la parte superior del chip, debido al problema del radio de desacoplamiento, la perturbación de voltaje en la parte inferior del chip no se puede desacoplar bien.

Instalación de condensadores

Al instalar el capacitor, retire un cable corto de la almohadilla y luego conecte al plano de alimentación a través del agujero, al igual que el terminal de tierra. De esta manera, el circuito de corriente que fluye a través del capacitor es: el plano de fuente de alimentación pasa por el agujero y el cable de la plataforma del capacitor pasa por el agujero y el plano de tierra, y la siguiente imagen muestra intuitivamente la ruta de retorno de la corriente.

El primer método extrae el cable largo de la almohadilla y luego se conecta al agujero. Esto introducirá grandes inductores parasitarios. Esta situación debe evitarse. Este es el peor método de instalación.

El segundo método perfora en ambos extremos de la almohadilla cerca de la almohadilla, su área de carretera es mucho menor que la del primer método y la inducción parasitaria es pequeña, lo cual es aceptable.

La tercera es perforar en el lado de la almohadilla, lo que reduce aún más el área del anillo y la inducción parasitaria es menor que la segunda, que es una mejor manera.

El cuarto método tiene agujeros a ambos lados de la almohadilla. En comparación con el tercer método, cada extremo del capacitor equivalente se conecta en paralelo al plano de alimentación y al plano de tierra a través del agujero, que es más pequeño que el tercer inductor parasitario. Si el espacio lo permite, intente usar este método.

El último método es perforar directamente en la almohadilla, con la menor inducción parasitaria, pero la soldadura puede causar problemas. El uso depende de la capacidad y el método de procesamiento.

Se recomienda utilizar los métodos tercero y cuarto.

Cabe destacar que algunos ingenieros de PCB a veces utilizan pases públicos para múltiples condensadores para ahorrar espacio. No lo haga bajo ninguna circunstancia. Es mejor encontrar una manera de optimizar el diseño de la combinación de condensadores y reducir el número de condensadores.

Debido a que cuanto más ancho sea el cable de impresión, menor será la inducción, el cable de salida de la almohadilla al agujero debe ser lo más ancho posible y, si es posible, lo mismo que el ancho de la almohadilla. De esta manera, incluso los condensadores en el paquete 0402 pueden utilizar un cable de 20 mil de ancho.