Technologie PCB - Configuration et installation de PCB pour condensateurs de découplage

Formation de courants de pointes:

Lorsque le circuit numérique délivre un niveau haut, l'intensité du courant prélevé sur l'alimentation est généralement différente de celle injectée lors de la sortie de niveau bas, c'est - à - dire que le courant qui s'écoule lors de la sortie de niveau bas > la tension prélevée sur l'alimentation.

La forme d'onde du courant crête d'alimentation varie en fonction du type de dispositif utilisé et de la charge Capacitive connectée à la borne de sortie.

Les principales causes du courant de pointe sont:

Dans la conception courte, les tubes T3 et T4 de l'étage de sortie conduisent simultanément. Lors du passage d'une porte non - et d'un niveau bas à un niveau haut de sortie, un saut négatif de la tension d'entrée génère un courant de commande inverse important dans les boucles de base de T2 et T3, car la profondeur de saturation de T3 est conçue pour être supérieure à la profondeur de saturation de T2. Important, le courant de commande inverse provoque le premier dégagement de saturation de T2 et sa coupure. Son potentiel collecteur augmente, ce qui conduit T4. Mais T3 n'est pas encore hors de saturation à ce moment - là, de sorte que dans une conception très courte, T3 et T4 vont conduire en même temps, créant ainsi une grande ic4, ce qui permet au courant d'alimentation de former un courant de crête. R4 sur la figure est conçu pour limiter ce courant de crête.

R4 dans un circuit de porte TTL de faible puissance est plus grand, donc son courant de crête est plus petit. Lorsque la tension d'entrée passe du Bas au haut, le niveau de sortie de la porte NAND passe du haut au bas. A ce stade, T3 et T4 peuvent également conduire simultanément. Mais lorsque T3 commence à conduire, T4 est à l'état amplifié et la tension entre le collecteur et l'émetteur des deux tubes est importante, de sorte que le courant de crête généré est faible et a relativement peu d'influence sur le courant d'alimentation.

Une autre cause de courant de pointe est l'effet de la capacité de charge. En effet, il y a un condensateur de charge cl à la sortie de la porte NAND. Lorsque la sortie de la grille passe du Bas au haut, la tension d'alimentation est chargée par T4 au condensateur cl, formant ainsi un courant de pointes.

Lorsque la sortie de la porte NAND passe du niveau haut au niveau bas, le condensateur cl se décharge par T3. A ce moment, le courant de décharge ne traverse pas l'alimentation, de sorte que le courant de décharge de cl n'a aucune influence sur le courant d'alimentation.

Méthode d'inhibition des courants de pointes:

1. Prendre des mesures sur le câblage de la carte pour minimiser la capacité parasite de la ligne de signal;

2. Une autre méthode est d'essayer de réduire la résistance interne de l'alimentation afin que le courant de crête ne provoque pas de fluctuations excessives de la tension d'alimentation;

3. La pratique habituelle est de filtrer à l'aide d'un condensateur de découplage, généralement placé à l'entrée d'alimentation de la carte.

Condensateur de découplage 1ufï½ 10uf pour le filtrage du bruit basse fréquence; Un condensateur de découplage 0,01 µfï½ 0,1 µF (condensateur de filtrage haute fréquence) est placé entre l'alimentation et la masse de chaque dispositif actif dans la carte. Filtrer le bruit haute fréquence. Le but du filtrage est de filtrer les perturbations alternatives superposées à l'alimentation, mais ce n'est pas que plus la capacité du condensateur utilisé est grande, mieux c'est, car le condensateur réel n'est pas le condensateur idéal et n'a pas toutes les caractéristiques d'un condensateur idéal.

Le choix du condensateur de découplage peut être calculé à partir de C = 1 / F, où F est la fréquence du circuit, soit 0,1 µF pour 10 MHz et 0,01 µF pour 100 MHz. En général, il peut être 0.1 ~ 0.01uf.

Un condensateur de filtrage haute fréquence placé à côté du dispositif actif a deux fonctions. L'un est de filtrer les interférences à haute fréquence qui sont conduites le long de la source d'alimentation, et l'autre est de reconstituer à temps le courant de crête nécessaire au fonctionnement à grande vitesse de l'appareil. Il faut donc tenir compte de la position du condensateur.

En raison des paramètres parasites du condensateur réel, il peut être équivalent à la résistance et à l'inductance connectées en série sur le condensateur, appelées résistance série équivalente (ESR) et Inductance série équivalente (ESL). De cette façon, le condensateur réel est un circuit résonant en série.

Les condensateurs réels sont capacitifs à des fréquences inférieures à fr et inductifs à des températures supérieures à fr, de sorte que les condensateurs sont plus comme des filtres à réjection de bande.

Le condensateur électrolytique 10µf ESL est grand, fr est inférieur à 1mhz, a un meilleur effet de filtrage sur le bruit basse fréquence comme 50hz, mais n'a aucun effet sur le bruit de commutation haute fréquence de plusieurs centaines de mégaoctets.

L'esr et l'ESL d'un condensateur sont déterminés par la structure du condensateur et le milieu utilisé, et non par la capacité. La capacité à inhiber les interférences à haute fréquence ne peut pas être améliorée par l'utilisation de condensateurs de plus grande capacité. Pour un même type de condensateur, à une fréquence inférieure à fr, l'impédance de la plus grande capacité est inférieure à celle de la plus petite capacité, mais si la fréquence est supérieure à fr, ESL détermine qu'il n'y a pas de différence d'impédance entre les deux.

L'utilisation d'un trop grand nombre de condensateurs de grande capacité sur une carte n'aide pas à filtrer les interférences haute fréquence, en particulier lors de l'utilisation d'une alimentation à découpage haute fréquence. Un autre problème est que trop de condensateurs de grande capacité peuvent augmenter l'impact sur l'alimentation lorsque la carte est alimentée et branchée à chaud, ce qui peut entraîner des problèmes tels que la chute de la tension d'alimentation, l'allumage du connecteur de la carte et la montée lente de la tension de la carte.

Placement des condensateurs de découplage dans la disposition PCB

Pour l'installation des condensateurs, la première chose à mentionner est la distance d'installation. Le condensateur de capacité minimale a la fréquence de résonance la plus élevée et le rayon de découplage le plus faible, il est donc placé au plus proche de la puce. Une plus grande capacité peut être plus éloignée, la plus externe ayant la plus grande capacité. Cependant, tous les condensateurs qui découplent la puce doivent être aussi proches que possible de la puce.

Un autre point à noter est qu'au moment de la mise en place, il est préférable de la répartir uniformément autour de la puce et qu'elle doit être répartie pour chaque niveau de capacité. Généralement, la disposition des broches d'alimentation et de terre est prise en compte lors de la conception de la puce, et elles sont généralement réparties uniformément sur les quatre côtés de la puce. Des perturbations de tension existent donc autour de la puce et le découplage doit également découpler uniformément toute la zone de la puce. Si les condensateurs 680pf de la figure ci - dessus sont tous placés dans la partie supérieure de la puce, les perturbations de tension dans la partie inférieure de la puce ne sont pas bien découplées en raison de problèmes de rayon de découplage.

Installation de condensateurs

Lors de l'installation du condensateur, retirez un court cordon du plot, puis connectez - le au plan d'alimentation par un trou traversant, tout comme la borne de masse. De cette façon, la boucle de courant circulant dans le condensateur est: Plan d'alimentation via les plots de connexion poreux les plots de connexion du condensateur via le plan de masse poreux, la figure suivante montrant visuellement le chemin de retour du courant.

La première méthode tire un long cordon du plot et se connecte ensuite au trou de travers. Cela introduira une plus grande inductance parasite. Cela doit être évité. C'est la pire façon de l'installer.

La deuxième méthode, qui consiste à forer des trous aux deux extrémités du plot à proximité du plot, a une surface de route beaucoup plus faible que la première méthode et une inductance parasite également faible, ce qui est acceptable.

La troisième consiste à percer des trous sur les côtés des plots, ce qui réduit encore la surface de boucle et l'inductance parasite est plus petite que la seconde, ce qui est une meilleure approche.

La quatrième méthode a des trous des deux côtés du plot. Par rapport à la troisième méthode, cela revient à ce que chaque extrémité du condensateur soit connectée en parallèle au plan d'alimentation et au plan de masse par un via, ce qui est inférieur à la troisième inductance parasite. Essayez d'utiliser cette méthode si l'espace le permet.

La dernière méthode consiste à percer des trous directement sur les Plots avec une inductance parasite minimale, mais le soudage peut poser des problèmes. L'utilisation ou non dépend de la capacité de traitement et de la méthode.

Les troisième et quatrième méthodes sont recommandées.

Il est important de souligner que certains ingénieurs en PCB utilisent parfois des perçages communs pour plusieurs condensateurs afin d'économiser de l'espace. Ne le faites en aucune circonstance. Il est préférable de trouver un moyen d'optimiser la conception des combinaisons de condensateurs et de réduire le nombre de condensateurs.

Étant donné que plus la ligne d'impression est large, plus l'inductance est faible, la ligne de sortie du plot vers le trou doit être aussi large que possible et, si possible, essayer d'être aussi large que le plot. De cette façon, même pour les condensateurs dans le boîtier 0402, des fils de 20 mil de large peuvent être utilisés.