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La formación de corriente de pico:
Cuando el circuito digital emite electricidad alta, la magnitud de la corriente extraída de la fuente de alimentación suele ser diferente de la corriente inyectada durante la salida de bajo nivel, es decir, la corriente absorbida cuando la salida de bajo nivel es mayor que la corriente extraída de la fuente de alimentación.
La forma de onda de la corriente de alimentación de pico varía con el tipo de dispositivo utilizado y la carga capacitiva conectada al terminal de salida.
Las principales razones de la corriente de pico son:
Los tubos T3 y T4 de la etapa de salida se encenden al mismo tiempo en el diseño corto. En el proceso de la puerta NAND desde el nivel bajo de salida al nivel alto, el salto negativo del voltaje de entrada produce una gran corriente de accionamiento inverso en el bucle base de T2 y T3, porque la profundidad de saturación de T3 está diseñada para ser mayor que la de T2 grande, la corriente de accionamiento inverso hará que T2 escape de la saturación primero y se corte. Pero en este momento T3 no ha estado fuera de saturación, por lo que en un diseño muy corto, T3 y T4 se encenderán al mismo tiempo, generando de este modo un gran ic4, haciendo que la corriente de alimentación forme una corriente pico. R4 en la figura está diseñado para limitar esta corriente pico.
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 memento, T3 y T4 también pueden encenderse al mismo tiempo. Pero cuando T3 comienza a encenderse, T4 está en estado de amplificación, y la tensión entre el colector y el emisor de los dos tubos es mayor, por lo que la corriente pico generada es menor, y el impacto en la corriente de alimentación es relativamente pequeño.
Otra causa de la corriente de pico es la influencia de la capacitancia de carga. En realidad hay un condensador de carga CL en la salida de la puerta NAND. Cuando la salida de la puerta cambia de baja a alta, la tensión de alimentación se carga por T4 al condensador CL, formando así una corriente de pico.
Cuando la salida de la puerta NAND cambia de nivel alto a nivel bajo, el condensador CL se descarga a través de T3. En este momento, la corriente de descarga no pasa a través de la fuente de alimentación, por lo que la corriente de descarga de CL no tiene efecto sobre la corriente de alimentación.
Método de inhibición de la corriente de pico:
1.Tomar medidas sobre el cableado de la placa de circuito para minimizar la capacitancia extravagante de la línea de señal;
Otro método es tratar de reducir la resistencia interna de la fuente de alimentación para que la corriente máxima no cause fluctuaciones excesivas de la tensión de la fuente de alimentación;
La práctica habitual es usar condensadores de desacoplamiento para el filtrado, generalmente colocados en la entrada de potencia de la placa de circuito.
Condensadores de desacoplamiento 1uf half 10uf para filtrar el ruido de baja frecuencia; Coloque un condensadores de desacoplamiento (condensadores de filtro de alta frecuencia) de 0,01uf a 0,1uf 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 del condensador de desacoplamiento se puede calcular de acuerdo con C=1/F, donde F es la frecuencia del circuito, es decir, 0,1 uF para 10 MHz y 0,01 uF para 100 MHz. Por lo general, puede ser 0.1 ~ 0.01uF.
Los condensadores de filtro de alta frecuencia colocados junto a los dispositivos activos tienen dos funciones. El primero es filtrar la interferencia de alta frecuencia transmitida a lo largo de la fuente de alimentación, y el segundo es complementar oportunamente la corriente máxima necesaria para el funcionamiento de alta velocidad del equipo. Por lo tanto, es necesario considerar la colocación de condensadores.
Debido a los parámetros parásitos del condensador real, puede ser equivalente a la resistencia y la inductancia conectadas en serie en el condensador, que se denominan resistencia en serie equivalente (ESR) e inductancia en serie equivalente (ESL). De esta manera, el condensador real es un circuito resonante en serie.
El capacitor real es capacitivo cuando la frecuencia es inferior a fra y eléctrico cuando la frecuencia es superior a fra, por lo que el capacitor es más como un filtro de bloqueo de banda.
Los condensadores electroliticos 10uf tienen un ESL más grande y un fri inferior a 1 mhz, lo que tiene un mejor efecto de filtrado en ruidos de baja frecuencia como 50hz, pero no tiene ningún efecto en el ruido de conmutación de alta frecuencia de cientos de megabytes.
Los ESR y ESL de los condensadores están determinados por la estructura y el medio utilizado por los condensadores, no por 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 gran capacidad es menor que la de la pequeña 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 es propicio para filtrar la interferencia de alta frecuencia, especialmente cuando se utiliza la fuente de alimentación del interruptor de alta frecuencia. Otro problema es que demasiados condensadores de gran capacidad aumentan el impacto en la fuente de alimentación cuando la placa de Circuito está electrificada y enchufada en caliente, 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 la disposición de PCB
Para la instalación de condensadores, lo primero que hay que mencionar es la distancia de instalación. El condensador con la capacitancia más pequeña tiene la frecuencia de resonancia más alta y el radio de desacoplamiento más pequeño, por lo que se coloca más cerca del chip. La mayor capacidad puede estar más lejos, y la capa más externa tiene la mayor capacidad. 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 colocarlo, es mejor distribuirlo uniformemente alrededor del chip, y esto debe hacerse para cada nivel de capacitancia. Normalmente se tiene en cuenta la disposición de los pasadores de alimentación y tierra cuando se diseña el chip, y generalmente se distribuyen uniformemente en los cuatro lados del chip. Por lo tanto, existen perturbaciones de voltaje alrededor del chip, y el desacoplamiento también debe desacoplar uniformemente todo el área del chip. Si los condensadores de 680pF en la figura anterior están todos colocados en la parte superior del chip, debido al problema del radio de desacoplamiento, entonces la perturbación de voltaje en la parte inferior del chip no puede desacoplarse bien.
Instalación de condensadores
Al instalar el condensador, saque un cable de plomo corto de la almohadilla y luego conectándolo al plano de alimentación a través del orificio vía, y lo mismo es cierto para el terminal de tierra. De esta manera, el bucle de corriente que fluye a través del condensador es: plano de potencia-vía-cables de plomo-almohadillas-condensadores-almohadillas-cables de plomo-vía-plano de tierra, la siguiente figura muestra intuitivamente la trayectoria de reflujo de corriente.
El primer método saca un cable de plomo largo de la almohadilla y luego se conecta al orificio vía. Esto introducirá una inductancia parasitaria grande. Esto debe evitarse. Este es el peor método de instalación.
El segundo método perfora en ambos extremos de la almohadilla al lado de la almohadilla, y su área de carretera es mucho menor que la del primer método, y la inducción parasitaria también es pequeña, lo cual es aceptable.
El tercer tipo es taladrar agujeros en el lado de la almohadilla, lo que reduce aún más el área del bucle, y la inductancia parasitaria es más pequeña que el segundo tipo, que es un método mejor.
El cuarto método tiene agujeros a ambos lados de la almohadilla. En comparación con el tercer método, cada extremo equivalente al capacitor está conectado en paralelo al plano de alimentación y al plano de tierra a través de un agujero, que es menor que la tercera inducción parasitaria. Si el espacio lo permite, intente usar este método.
El último método es taladrar directamente agujeros en las almohadillas, con la menor inductancia parasitaria, pero la soldadura puede causar problemas. Si usarlo depende de la capacidad de procesamiento y el método.
Se recomiendan los métodos tercero y cuarto.
Es necesario enfatizar que algunos ingenieros de PCB a veces usan vías comunes para múltiples condensadores con el fin de ahorrar espacio. No lo hagas bajo ninguna circunstancia. Lo mejor es encontrar una manera de optimizar el diseño de la combinación de condensadores y reducir el número de condensadores.
Dado que cuanto más ancha es la línea impresa, menor es la inductancia, la línea de salida desde la almohadilla hasta la vía debe ser lo más ancha posible y, si es posible, tratar de ser la misma anchura que la almohadilla. De esta manera, incluso si se trata de un condensador en un paquete 0402, también puede usar un cable de plomo de 20 mil de ancho.
