Notizie PCB - Analisi del condensatore bypass in PCB ad alta velocità

Analisi del condensatore bypass in PCB ad alta velocità

1 Introduzione

Man mano che il volume del sistema diminuisce e la frequenza di funzionamento aumenta, le funzioni del sistema diventano più complicate, il che richiede più moduli di funzioni incorporati diversi per funzionare allo stesso tempo. Solo quando ogni modulo ha un buon EMC e un basso EMI, può essere garantita la realizzazione dell'intera funzione del sistema. Ciò richiede che il sistema stesso non solo abbia buone prestazioni di schermatura da interferenze esterne, ma anche di non produrre EMI seri al mondo esterno quando si lavora con altri sistemi allo stesso tempo. Inoltre, gli alimentatori di commutazione sono sempre più utilizzati nella progettazione di sistemi digitali ad alta velocità e sono spesso necessari più alimentatori in un sistema. Non solo il sistema di alimentazione è suscettibile di interferenze, ma il rumore generato durante l'alimentazione può causare gravi problemi EMC all'intero sistema. Pertanto, nella progettazione PCB ad alta velocità, come filtrare meglio il rumore di potenza è la chiave per garantire una buona integrità di potenza. Questo articolo analizza le caratteristiche del filtro dei condensatori, l'impatto dell'induttanza parassitaria dei condensatori sulle prestazioni del filtro e il fenomeno del loop corrente nel PCB, e quindi fa alcune conclusioni su come scegliere i condensatori bypass. Questo articolo analizza anche enfaticamente il meccanismo di generazione del rumore dell'alimentazione elettrica e del rumore di rimbalzo a terra, e analizza e confronta i vari metodi di posizionamento dei condensatori bypass nel PCB sulla base di loro.

2 Caratteristiche di perdita di inserzione, caratteristiche di risposta in frequenza e caratteristiche del filtro dei condensatori

2.1 Caratteristiche di perdita di inserzione dei condensatori ideali

La capacità del filtro di alimentazione EMI di sopprimere il rumore di interferenza è solitamente misurata dalle caratteristiche di perdita di inserzione (Insertion Loss). La perdita di inserimento è definita come il rapporto tra la potenza acustica P1 trasmessa dalla sorgente di rumore e il carico quando non vi è alcun filtro collegato alla potenza acustica P2 trasmessa dalla sorgente di rumore al carico dopo il collegamento del filtro, espresso in dB (decibel). La figura 1 mostra le caratteristiche di perdita di inserzione di un condensatore ideale. Si può vedere che la pendenza della curva di perdita di inserzione corrispondente a un condensatore 1μF è vicina a 20dB/10 volte la frequenza.

Osservare una delle caratteristiche di perdita di inserzione. Quando la frequenza aumenta, aumenta il valore di perdita di inserzione del condensatore, cioè aumenta il valore P1/P2. Ciò significa che dopo che il sistema è filtrato dal condensatore, il rumore che può essere trasmesso al carico viene ridotto. La capacità del condensatore di filtrare il rumore ad alta frequenza è migliorata. Dall'analisi della formula ideale del condensatore, quando il condensatore è costante, maggiore è la frequenza del segnale, minore è l'impedenza del ciclo, cioè, il condensatore è facile filtrare i componenti ad alta frequenza. Le conclusioni tratte dai due aspetti sono le stesse.

Osservare le curve corrispondenti ai diversi condensatori. Quando la frequenza è molto bassa, i corrispondenti valori di perdita di inserzione di vari condensatori sono approssimativamente gli stessi, ma man mano che la frequenza aumenta, il valore di perdita di inserzione di un piccolo condensatore aumenta di una capacità maggiore. Se è più lento, il valore di P1/P2 aumenterà più lentamente, il che significa che i condensatori di grandi dimensioni sono più facili da filtrare fuori il rumore a bassa frequenza. Pertanto, quando progettiamo circuiti stampati ad alta velocità, di solito mettiamo un condensatore 1~10μF all'estremità dell'ingresso di potenza del circuito per filtrare il rumore a bassa frequenza; Posizionare uno 0,01 ~ 0,1 tra l'alimentazione elettrica e la terra di ogni dispositivo sul circuito stampato. Il condensatore μF filtra il rumore ad alta frequenza.

L'impedenza del condensatore collegato tra l'alimentazione elettrica e il terreno può essere calcolata con la seguente formula: Lo scopo del filtro condensatore è quello di filtrare i componenti CA sovrapposti nel sistema di alimentazione. Dalla formula di cui sopra, si può vedere che quando la frequenza è costante, maggiore è il valore di capacità, minore è l'impedenza nel ciclo, più facile è per il segnale CA fluire attraverso il condensatore al piano di terra. In altre parole, sembra che più grande è il valore del condensatore, migliore è l'effetto filtrante. In realtà, questo non è il caso, perché il condensatore effettivo non è ideale. Tutte le caratteristiche dei condensatori. La capacità effettiva ha componenti parassitari, che si formano quando le piastre e i cavi del condensatore sono costruiti, e questi componenti parassitari possono essere equivalenti alla resistenza e all'induttanza collegate in serie sul condensatore, solitamente chiamate resistenza di serie equivalente (ESR) e induttanza di serie equivalente (ESL). Questo condensatore è in realtà un circuito risonante di serie. Nella progettazione effettiva del circuito o del PCB, la presenza dell'induttanza parassitaria del condensatore avrà un grande impatto sulle prestazioni di filtraggio del condensatore, quindi un condensatore con una induttanza parassitaria relativamente piccola dovrebbe essere selezionato nella progettazione del sistema.

2.2 Caratteristiche di risposta ad alta frequenza dei condensatori effettivi

Dalla Sezione 2.1, sappiamo che il condensatore effettivo funziona a causa dell'induttanza parassitaria, che rende il circuito condensatore un circuito risonante di serie. La frequenza di risonanza è, dove: L è l'induttanza equivalente; C è la capacità effettiva. Quando la frequenza è inferiore a f0, appare come una capacità; quando la frequenza è maggiore di f0, appare come induttanza. Pertanto, il condensatore è più simile a un filtro a banda-stop che a un filtro passa-basso. L'ESL e l'ESR di un condensatore sono determinati dalla struttura del condensatore e dal materiale dielettrico utilizzato, e non hanno nulla a che fare con la capacità del condensatore. La capacità di sopprimere le alte frequenze non sarà migliorata sostituendo condensatori di grande capacità dello stesso tipo. L'impedenza di un condensatore di capacità maggiore dello stesso tipo è più piccola dell'impedenza di un condensatore di piccola capacità quando la frequenza è inferiore a f0, ma quando la frequenza è maggiore di f0, ESL determina che non vi è differenza di impedenza tra i due. Si può notare che per migliorare le caratteristiche di filtraggio ad alta frequenza è necessario utilizzare un condensatore con un ESL inferiore. La gamma di frequenze effettiva di qualsiasi tipo di condensatore è limitata e per un sistema, ci sono sia rumore a bassa frequenza che rumore ad alta frequenza, quindi è solitamente necessario utilizzare diversi tipi di condensatori in parallelo per ottenere una gamma di frequenze efficace più ampia. ipcb è un produttore di PCB ad alta precisione e di alta qualità, come: PCB isola 370hr, PCB ad alta frequenza, PCB ad alta velocità, substrato ic, scheda di prova ic, PCB impedenza, PCB HDI, PCB Rigid-Flex, PCB cieco sepolto, PCB avanzato, PCB microonde, PCB telfon PCB e altri ipcb sono buoni nella produzione di PCB.