L'actualité PCB - Analyse des condensateurs de dérivation dans les PCB haute vitesse

Analyse des condensateurs de dérivation dans les PCB haute vitesse

1 Introduction

Au fur et à mesure que l'encombrement du système diminue et que la fréquence de fonctionnement augmente, le fonctionnement du système devient plus complexe et nécessite le fonctionnement simultané de plusieurs modules fonctionnels embarqués différents. L'implémentation de l'ensemble des fonctions du système n'est garantie que si chaque module a une bonne CEM et un faible IME. Cela nécessite que le système lui - même ait non seulement une bonne performance de protection contre les interférences extérieures, mais aussi qu'il ne produise pas d'EMI grave à l'extérieur lorsqu'il fonctionne simultanément avec d'autres systèmes. En outre, les alimentations à découpage sont de plus en plus utilisées dans la conception de systèmes numériques à grande vitesse, et plusieurs Alimentations sont souvent nécessaires dans un système. Non seulement les systèmes électriques sont vulnérables aux interférences, mais le bruit généré lors de l'alimentation peut causer de graves problèmes CEM à l'ensemble du système. Par conséquent, dans la conception de PCB à haute vitesse, comment mieux filtrer le bruit d'alimentation est la clé pour assurer une bonne intégrité de l'alimentation. Cet article analyse les caractéristiques de filtrage des condensateurs, l'influence de l'inductance parasite des condensateurs sur les performances de filtrage et le phénomène d'anneau de courant dans les PCB, et tire quelques conclusions sur la façon de choisir un condensateur de dérivation. Cet article se concentre également sur l'analyse du mécanisme de génération du bruit d'alimentation et du bruit de saut de terre et, sur cette base, compare les différentes méthodes de placement des condensateurs de dérivation dans les PCB.

2 caractéristiques de perte d'insertion, caractéristiques de réponse en fréquence et caractéristiques du filtre du condensateur

2.1 caractéristiques de perte d'insertion du condensateur idéal

La capacité d'un filtre de puissance EMI à supprimer le bruit perturbateur est généralement mesurée par une caractéristique de perte d'insertion. Les pertes d'insertion sont définies comme le rapport, exprimé en dB (décibels), de la puissance de bruit P1 transmise de la source de bruit à la charge en l'absence de connexion du filtre à la puissance de bruit P2 transmise de la source de bruit à la charge après connexion du filtre. La figure 1 montre les caractéristiques de perte d'insertion d'un condensateur idéal. On voit que la pente de la courbe de perte d'insertion correspondent à un condensateur de 1°f est proche d'une fréquence de 20 DB / 10 fois.

Observez l'une des caractéristiques de perte d'insertion. Lorsque la fréquence augmente, la valeur des pertes d'insertion du condensateur augmente, c'est - à - dire que la valeur P1 / P2 augmente. Cela signifie que le bruit qui peut être transmis à la charge est réduit après le filtrage du système par le condensateur. La capacité du condensateur à filtrer le bruit à haute fréquence est renforcée. De l'analyse de la formule du condensateur idéal, plus la fréquence du signal est élevée lorsque le condensateur est constant, plus l'impédance de boucle est faible, c'est - à - dire que le condensateur filtre facilement les composantes haute fréquence. Les conclusions tirées de ces deux aspects sont les mêmes.

Observez les courbes correspondent aux différents condensateurs. Lorsque la fréquence est très faible, les valeurs respectives des pertes d'insertion des différents condensateurs sont sensiblement les mêmes, mais à mesure que la fréquence augmente, les valeurs des pertes d'insertion des petits condensateurs augmentent de plus grandes capacités. Si la vitesse est plus lente, la valeur de P1 / P2 augmentera plus lentement, ce qui signifie que les gros condensateurs filtreront plus facilement le bruit basse fréquence. Par conséquent, lors de la conception d'une carte à grande vitesse, nous plaçons généralement un condensateur de 1 ~ 10 ° F sur l'entrée d'alimentation de la carte pour filtrer le bruit de basse fréquence; Placez 0,01 ~ 0,1 entre l'alimentation et la terre de chaque appareil sur la carte. Le condensateur Island f filtre le bruit haute fréquence.

L'impédance du condensateur connecté entre la source et la masse peut être calculée par la formule suivante: le filtrage du condensateur a pour but de filtrer les composantes alternatives superposées dans le réseau électrique. Comme on peut le voir à partir de la formule ci - dessus, plus la valeur de la capacité est grande lorsque la fréquence est constante, plus l'impédance dans la boucle est faible, plus il est facile pour le signal alternatif de circuler à travers le condensateur jusqu'au plan de masse. En d'autres termes, il semble que plus la valeur du condensateur est grande, meilleur est le filtrage. En fait, ce n'est pas le cas, car les condensateurs réels ne sont pas idéaux. Toutes les caractéristiques du condensateur. La capacité réelle a des composantes parasites qui sont formées lors de la construction de la plaque de condensateur et des conducteurs, et ces composantes parasites peuvent être équivalentes aux résistances et inductances connectées en série sur le condensateur, communément appelées résistances série équivalentes (ESR) et inductances série équivalentes (ESL). Ce condensateur est en fait un circuit résonant en série. La présence de l'inductance parasite du condensateur peut avoir un impact important sur les performances de filtrage du condensateur dans la conception réelle du circuit ou du PCB, de sorte que les condensateurs avec une inductance parasite relativement faible doivent être choisis dans la conception du système.

2.2 caractéristiques de réponse à haute fréquence du condensateur réel

De la section 2.1, nous savons que le condensateur réel fonctionne en raison d'une inductance parasite, ce qui fait du circuit de condensateur un circuit résonant série. La fréquence de résonance est telle que: l est l'inductance équivalente; C est la capacité réelle. Lorsque la fréquence est inférieure à f0, elle se comporte comme une capacité; Lorsque la fréquence est supérieure à f0, elle se comporte comme une inductance. Le condensateur est donc plus un filtre coupe - bande qu'un filtre passe - Bas. L'ESL et l'esr du condensateur sont déterminés par la structure du condensateur et le matériau diélectrique utilisé, indépendamment de la capacité du condensateur. La capacité de suppression des hautes fréquences ne sera pas renforcée par le remplacement d'un condensateur de grande capacité du même type. Un condensateur de grande capacité du même type a une impédance inférieure à celle d'un condensateur de petite capacité lorsque la fréquence est inférieure à f0, mais ESL détermine qu'il n'y a pas de différence d'impédance entre les deux lorsque la fréquence est supérieure à f0. On voit que pour améliorer les caractéristiques de filtrage haute fréquence, il est nécessaire d'utiliser des condensateurs à ESL plus faible. La gamme de fréquences efficaces de n'importe quel type de condensateur est limitée, pour un système, il y a à la fois du bruit basse fréquence et du bruit haute fréquence, il est donc souvent nécessaire d'utiliser différents types de condensateurs en parallèle pour atteindre une fréquence efficace plus large. PCB est un fabricant de PCB de haute précision et de haute qualité, tels que: Isola 370hr PCB, PCB haute fréquence, PCB haute vitesse, substrat IC, Carte de test IC, PCB d'impédance, PCB HDI, PCB Rigid Flex, PCB aveugle enterré, PCB avancé, PCB micro - ondes, PCB telfon, etc. IPCB est bon pour la fabrication de PCB.