PCB Teknik - PCB düzeni ve ayrılma kapasitörlerinin kurulumu

Spike akımının oluşumu:

Dijital devre yüksek seviyede çıktığında güç kaynağından çekilen akımın büyüklüğü genellikle düşük seviyede çıkış sırasında enjekte edilen akımdan farklıdır, yani düşük seviyede çıkış sırasında batmış akım> güç kaynağı tarafından çekilen akım.

Üst güç kaynağı akımının dalga şekli, kullanılan cihaz türüne ve çıkış terminaline bağlı kapasitif yüke bağlı olarak değişir.

Spike akımının ana nedenleri şunlardır:

Çıkış sahasının T3 ve T4 küvetleri kısa tasarımda aynı zamanda açılır. NAND kapısının düşük seviyeden yüksek seviye kadar çıkış sürecinde, giriş voltajının negatif atlaması T2 ve T3'nin temel dönüsünde büyük bir dönüş sürücü üretir, çünkü T3'nin yükseklikten daha büyük olmak için tasarlanmış, dönüş sürücü sürücü T2'nin yükseklikten ilk ve kesmesini sağlayacak. T2 kapatıldıktan sonra, toplayıcı potansiyel yükselmesi T4'e çalışıyor. Fakat bu zamanda T3'nin saturasyon dışında değildi, bu yüzden çok kısa bir tasarımda T3 ve T4 aynı zamanda a çılacak, bu yüzden büyük bir buzda buzda 4 oluşturulacak ve enerji sağlamının en yüksek bir akışı oluşturulacak. R4, bu yüksek akışını sınırlamak için tasarlanmış.

Düşük güçlü TTL kapısı devresindeki R4 daha büyük, bu nedenle zirve akımı daha küçüktür. Giriş voltajı düşükten yükseğe değiştiğinde, NAND kapısının çıkış seviyesi yüksekten düşüğe değişir. T3 ve T4 de aynı anda açılabilir. Ancak T3 açılmaya başladığında, T4 güçlendirme durumundadır ve iki tüpün kolektörü ve yayıcısı arasındaki voltaj daha büyük, bu nedenle oluşturulan zirve akımı daha küçüktür ve güç kaynağı akımı üzerindeki etki nispeten küçüktür.

Spike akımının başka bir nedeni de yük kapasitansının etkisidir. Aslında NAND kapısının çıkışında bir yük kapasitörü CL var. Kapının çıkışı düşükten yükseğe değiştiğinde, güç kaynağı voltajı T4 tarafından CL kondansatörüne şarj edilir ve böylece bir spike akımı oluşturulur.

NAND kapısının çıkışı yüksek seviyeden düşük seviyeye değiştiğinde, kapasitör CL T3 üzerinden boşaltılır. Bu anda, boşaltma akımı güç kaynağından geçmez, bu nedenle CL'in boşaltma akımının güç kaynağı akımı üzerinde hiçbir etkisi yoktur.

Spike akımının bastırma yöntemi:

1. Sinyal hattının sapık kapasitesini en aza indirmek için devre kartının kablolamasında önlemler alın;

2. Diğer bir yöntem, zirve akımın aşırı güç kaynağı voltajı dalgalanmalarına neden olmaması için güç kaynağının iç direncini azaltmaya çalışmaktır;

3. Olağanüstü uygulama, genellikle devre kartının güç girişine yerleştirilen filtreleme için ayrılma kapasitörlerini kullanmaktır.

Düşük frekans gürültüsünü filtrelemek için 1uFï½ Ž10uF ayırma kapasitörü; bir 0.01uF ayrılma kapasitörü (yüksek frekans filtre kapasitörü) devre kartındaki her aktif cihazın gücü ve zemini arasında yerleştirilir. Yüksek frekanslı gürültü filtreler. Filtrelemenin amacı güç kaynağına örtülmüş AC müdahalesini filtrelemektir, ancak kullanılan kapasitörün kapasitansı ne kadar büyük olursa o kadar iyi değil, çünkü gerçek kapasitör ideal bir kapasitör değildir ve ideal bir kapasitörün tüm özelliklerine sahip değildir.

Ayrılma kapasitörünün seçimi, C = 1 / F'ye göre hesaplanabilir, burada F devre frekansıdır, yani 10MHz için 0.1uF ve 100MHz için 0.01uF. Genellikle, 0.1 ~ 0.01uF olabilir.

Aktif cihazın yanına yerleştirilen yüksek frekanslı filtre kondansatörü iki fonksiyona sahiptir. Biri, güç kaynağı boyunca yürütülen yüksek frekanslı müdahaleyi filtrelemektir, diğeri ise cihazın yüksek hızlı çalışması için gerekli zirve akımını zamanında tamamlamaktır. Bu nedenle kapasitörün yerleştirilmesi dikkate alınmalıdır.

Gerçek kondansatörün parazit parametreleri nedeniyle, eşdeğer seri direnci (ESR) ve eşdeğer seri induktansı (ESL) olarak adlandırılan kondansatörde seri bağlı direnç ve induktansla eşdeğer olabilir. Bu şekilde, gerçek kondansatör bir seri rezonans devresidir.

Gerçek kondansatör Fr'den daha düşük frekanslarda kapasitif ve Fr'den daha yüksek frekanslarda indüktif, bu nedenle kondansatör daha çok bir bant durdurma filtresi gibidir.

10uF elektrolitik kondansatör, 50Hz gibi düşük frekanslı gürültü üzerinde daha iyi bir filtreleme etkisi olan büyük bir ESL ve 1MHz'den daha az bir Fr'ye sahiptir, ancak yüzlerce megabayt yüksek frekanslı anahtarma gürültüsü üzerinde hiçbir etkisi yoktur.

Bir kapasitörün ESR ve ESL, kapasitans yerine kapasitörün yapısı ve kullanılan ortamdan belirlenir. Yüksek frekans müdahalesini bastırma yeteneği daha büyük bir kapasiteli kapasitör kullanarak geliştirilemez. Aynı tür kapasitör için, Fr'den daha düşük bir frekansda, daha büyük kapasitenin impedansı daha küçük kapasitenin impedansından daha küçüktür, ancak frekans Fr'den daha yüksek ise, ESL, ikisi arasında impedansta hiçbir fark olmayacağını belirler.

Devre kartında çok fazla büyük kapasiteli kondansatör kullanmak, özellikle de yüksek frekanslı anahtarlama güç kaynakları kullanıldığında yüksek frekanslı müdahaleyi filtrelemek için yararlı değildir. Bir başka sorun, çok fazla büyük kapasiteli kondansatörün devre kartını açtığında ve sıcak değiştirdiğinde güç kaynağı üzerindeki etkiyi artırmasıdır, bu da güç kaynağı voltajı düşüşü, devre kartı konektörü ateşlenmesi ve devre kartında yavaş voltaj artışı gibi sorunlara neden olabilir.

Ayrılma kapasitörlerinin PCB düzenine yerleştirilmesi

Kondansatörlerin kurulumu için, bahsedecek ilk şey kurulum mesafesidir. En küçük kapasitans olan kondansatör en yüksek rezonans frekansına ve en küçük ayrılma yarıçapına sahiptir, bu nedenle çipe en yakın yerleştirilir. Daha büyük kapasite daha uzak olabilir ve en dış katman en büyük kapasiteye sahiptir. Bununla birlikte, çipi ayıran tüm kondansatörler çipe mümkün olduğunca yakın olmalıdır.

Not edilmesi gereken başka bir nokta, yerleştirildiğinde, çipin etrafında eşit olarak dağıtmanın en iyisidir ve bu her kapasitens seviyesi için yapılmalıdır. Genellikle çip tasarlandığında güç ve zemin pinlerinin düzeni dikkate alınır ve genellikle çipin dört tarafında eşit bir şekilde dağıtılırlar. Bu nedenle, çipin etrafında voltaj rahatsızlıkları var ve ayrılma ayrıca tüm çip alanını eşit bir şekilde ayrılmalıdır. Yukarıdaki şekildeki 680pF kondansatörleri, ayırma yarıçapı sorunu nedeniyle çipin üst kısmına yerleştirilirse, o zaman çipin alt kısmındaki voltaj rahatsızlığı iyi ayırılamaz.

Kondansatör kurulumu

Kondansatörü yüklerken, yastıktan kısa bir kurşun teli çekin ve ardından geçiş deliğinden güç düzlemine bağlayın ve aynı şey zemin terminali için de geçerlidir. Bu şekilde, kondansatörden akan akım döngüsü şudur: güç düzlemi-vias-kurşun telleri-yastıklar-kondansatörler-yastıklar-kurşun telleri-vias-zemin düzlemi, aşağıdaki şekil sezgisel olarak akım reflüks yolunu gösterir.

İlk yöntem, yastıktan uzun bir kurşun teli çıkarır ve ardından via deliğine bağlanır. Bu, büyük bir parazitik induktans getirecektir. Bundan kaçınılmalıdır. Bu en kötü kurulum yöntemidir.

İkinci yöntem patlama yanındaki iki tarafından delikleri örtüyor. İlk yöntemden çok daha küçük bir yol bölgesi var. Parazitik etkisi de küçük, bu da kabul edilebilir.

Üçüncü türü, çarpma bölgesini daha da azaltır ve parazit etkisi ikinci türden daha küçük, bu daha iyi bir yöntemdir.

Dördüncü yöntem, yastığın her iki tarafında delikler vardır. Üçüncü yöntemle karşılaştırıldığında, kapasitörün her ucunun güç düzlemine ve zemin düzlemine üçüncü parazit indüktansından daha küçük olan vias aracılığıyla paralel olarak bağlanmasına eşdeğer. Uzay izin verir, bu yöntemi kullanmaya çalışın.

Son yöntem, en az parazitik induktansla yastıklarda doğrudan delikler delmektir, ancak kaynak sorunlara neden olabilir. Kullanılması işleme yeteneğine ve yöntemine bağlıdır.

Üçüncü ve dördüncü yöntemler önerilir.

Bazı PCB mühendislerinin bazen uzay kurtarmak için çoklu kapasitörler için ortak vialar kullandığını emphasize edilmeli. Bunu hiçbir koşullarda yapma. Kapacitör kombinasyonunun tasarımını iyileştirmek ve kapasitör sayısını azaltmanın en iyisi.

Basılı çizgi ne kadar geniş olursa, indüktans o kadar küçük olursa, yastıktan geçişe kadar çıkış hattı mümkün olduğunca geniş olmalıdır ve mümkünse yastıkla aynı genişliğe çalışmalıdır. Bu şekilde, 0402 paketindeki bir kondansatör olsa bile, 20mil genişliğindeki bir kurşun tel de kullanabilirsiniz.