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Come scegliere una combinazione di condensatori nella progettazione PCB
Come abbiamo detto in precedenza, il cambiamento della corrente transitoria è equivalente a un segnale passo, che ha un ampio spettro di frequenza. Pertanto, per compensare questa domanda attuale, è necessario fornire un'impedenza di alimentazione sufficientemente bassa su un'ampia gamma di frequenze. Tuttavia, la gamma di frequenza effettiva dei condensatori differenti è diversa, che è correlata alla frequenza risonante del condensatore (rigorosamente parlando, dovrebbe essere la frequenza risonante dopo l'installazione). La gamma di frequenza effettiva (la gamma di frequenza in cui il condensatore può fornire impedenza sufficientemente bassa) è una piccola sezione vicino al punto di risonanza. frequenza. Pertanto, per fornire un'impedenza di alimentazione sufficientemente bassa in un'ampia gamma di frequenze, è necessaria una combinazione di molti condensatori diversi.
Si potrebbe dire che con un solo valore di capacità, finché il numero di condensatori paralleli è abbastanza grande, la stessa bassa impedenza può essere raggiunta. Questo è vero, ma nelle applicazioni pratiche è possibile calcolare che la maggior parte del tempo, il numero di condensatori necessari è grande. Se vuoi davvero farlo, il tuo circuito stampato potrebbe essere densamente imballato con condensatori. Né professionale né necessario.
Quando si sceglie una combinazione di condensatori, ci sono molti problemi da considerare, come quale pacchetto scegliere, quale materiale, quale valore di capacità, qual è l'intervallo tra i valori di capacità, la frequenza dell'orologio principale e le sue frequenze armoniche, il tempo di aumento del segnale, ecc Specialmente progettato secondo il design specifico.
Di solito, condensatori al tantalio o condensatori elettrolitici sono utilizzati per il disaccoppiamento a bassa frequenza a livello di scheda. Il metodo di calcolo della capacità è stato menzionato in precedenza, ma va ricordato che è meglio utilizzare più o più condensatori in parallelo per ridurre l'induttanza di serie equivalente. Il valore Q di questi due condensatori è molto basso, la selettività di frequenza non è forte, molto adatto per il filtraggio a livello di scheda.
La selezione di piccoli condensatori ad alta frequenza è un po 'fastidiosa e deve essere calcolata dalla banda di frequenza. La gamma di frequenza che deve essere disaccoppiata può essere divisa in più sezioni, ogni sezione è calcolata separatamente e condensatori multipli della stessa capacità sono utilizzati in parallelo per soddisfare i requisiti di impedenza e valori di capacità differenti sono selezionati per diverse bande di frequenza. Tuttavia, in questo metodo, la divisione delle bande di frequenza deve essere regolata continuamente in base ai risultati del calcolo.
Generalmente, le bande di frequenza da 3 a 4 sono sufficienti, quindi sono necessari livelli di capacità da 3 a 4. Infatti, più livelli di capacità si sceglie, più piatte saranno le caratteristiche di impedenza, ma non c'è bisogno di utilizzare molti livelli di capacità. La planarità dell'impedenza è ovviamente buona, ma il nostro obiettivo finale è che l'impedenza totale sia inferiore all'impedenza target, purché questo requisito possa essere soddisfatto. Ecco qua.
La scelta del valore di capacità in un determinato livello dipende dalla frequenza di clock del sistema. Come accennato in precedenza, c'è anti-risonanza nella connessione parallela dei condensatori. Prestare attenzione al design e cercare di non lasciare che le armoniche della frequenza dell'orologio cadano vicino alla frequenza anti-risonanza. Ad esempio, se si scelgono 0.47, 0.22, 0.1 o altri valori sulla frazione di un livello di microfarad, è necessario calcolare la seguente frequenza di risonanza dopo l'installazione.
Un'altra cosa da notare è che il livello di capacità non dovrebbe superare 10 volte. Ad esempio, è possibile scegliere una combinazione come 0.1, 0.01, 0.001. Poiché questo può controllare efficacemente l'ampiezza dell'impedenza del punto anti-risonanza, un intervallo troppo grande renderà l'impedenza del punto anti-risonanza molto grande. Naturalmente, questo non è assoluto. L'obiettivo finale è che l'impedenza del punto anti-risonanza possa soddisfare i requisiti.
La selezione di piccoli condensatori ad alta frequenza, al fine di ottenere la combinazione ottimale, è un processo di ricerca iterativa della soluzione ottimale. Il modo migliore è quello di calcolare approssimativamente prima la combinazione approssimativa, quindi utilizzare il software di simulazione dell'integrità di potenza per simulare e quindi effettuare regolazioni parziali per soddisfare i requisiti di impedenza target. Questo è intuitivo e conveniente ed è più facile controllare il punto anti-risonanza. E la capacità del piano di potenza può anche essere aggiunta per la progettazione congiunta.
La figura 1 è un esempio di combinazione di condensatori. I condensatori utilizzati in questa combinazione sono: 2 condensatori al tantalio 680uF, 7 condensatori ceramici 2.2uF (pacchetto 0805), 13 condensatori ceramici 0.22uF (pacchetto 0603), 26 condensatori ceramici 0.022uF (pacchetto 0402). Nella figura, la curva piana superiore è la curva di impedenza del condensatore 680uF e le altre tre curve di capacità sono le tre curve a forma di V nella figura, che sono 2.2uF, 0.22uF e 0.022uF una volta da sinistra a destra. La curva di impedenza complessiva è l'involucro spesso nella parte inferiore della figura.
Questa combinazione realizza mantenendo l'impedenza dell'alimentazione sotto i 33 milliohm nella gamma 500kHz a 150MHz. Al punto di frequenza 500 MHz, l'impedenza sale a 110 milliohm. Si può vedere dalla figura che l'impedenza al punto anti-risonanza è controllata molto bassa.
Il mezzo dei piccoli condensatori è generalmente condensatori ceramici nei disegni convenzionali. L'ESR del condensatore dielettrico NP0 è molto più basso e può essere utilizzato per parti con controllo dell'impedenza più rigoroso, ma si noti che il valore Q di questo condensatore è molto alto, che può causare un forte squillo ad alta frequenza, quindi fare attenzione quando lo si utilizza.
La scelta del pacchetto, fintanto che la capacità di elaborazione consente, naturalmente, più piccolo è il meglio, in modo da poter ottenere un ESL inferiore, e si può anche lasciare più spazio di cablaggio. Tuttavia, diversi pacchetti hanno diversi punti di frequenza di risonanza e diversi intervalli di valori di capacità, che possono influenzare il numero finale di condensatori. Pertanto, la dimensione del pacchetto condensatore e il valore di capacità devono essere considerati congiuntamente. In breve, l'obiettivo finale è quello di raggiungere il requisito di impedenza target con la minima quantità di capacità e ridurre la pressione di installazione e cablaggio.
Quanto sopra è un'introduzione a come scegliere una combinazione di condensatori nella progettazione PCB. Ipcb è fornito anche ai produttori di PCB e alla tecnologia di produzione PCB.
