Công nghệ PCB - PCB định tuyến dấu vết điện dung máy tính

Tụ điện, còn được gọi là "tụ điện", đề cập đến lượng điện tích tự do được lưu trữ ở một chênh lệch điện thế nhất định và là một trong những thiết bị thụ động phổ biến và quan trọng trong thiết kế mạch. Tụ điện thường đóng một vai trò quan trọng trong các mạch tốc độ cao.

PCB cáp bypass tụ đề cập đến việc bổ sung một tụ điện bên cạnh cáp mạch trong thiết kế PCB để giảm tiếng ồn và cải thiện tính toàn vẹn tín hiệu và ổn định. Trong thiết kế mạch tần số cao, điện dung bỏ qua là một giải pháp phổ biến có thể loại bỏ hiệu quả nhiễu trong mạch và cải thiện chất lượng truyền tín hiệu.

Một tụ điện bỏ qua là một loại tụ điện thường được sử dụng song song với một nguồn điện hoặc một đường tín hiệu cụ thể. Chức năng chính của nó là cung cấp nguồn cung cấp dòng điện nhanh chóng cho mạch để đáp ứng nhu cầu hiện tại thoáng qua và lọc nhiễu tín hiệu tần số cao không mong muốn. Thiết kế của tụ điện bỏ qua có thể giúp giảm thiểu tiếng ồn nguồn điện, bảo vệ các thành phần mạch và cải thiện hiệu suất và sự ổn định của thiết bị điện tử.

Tụ điện, viết tắt của tụ điện, bao gồm hai dây dẫn gần nhau với một lớp cách điện không dẫn điện ở giữa. Khi điện áp được áp dụng giữa hai tấm của tụ điện, tụ điện sẽ lưu trữ điện tích.

Các tụ điện trong mạch song song với tải có thể chống lại sự thay đổi điện áp do thay đổi dòng điện, làm cho điện áp làm việc của tải ổn định hơn.

Việc sử dụng tụ điện, điện trở và cuộn cảm trong mạch truyền tín hiệu có thể tạo thành các bộ lọc khác nhau để làm sạch tín hiệu.

Cách đặt tụ điện trong thiết kế PCB

Tụ điện đóng một vai trò quan trọng trong thiết kế PCB tốc độ cao và thường là thiết bị được sử dụng phổ biến nhất trên PCB. Trong PCB, tụ điện thường được chia thành tụ điện lọc, tụ điện tách rời, tụ điện lưu trữ năng lượng, v.v.

1. Tụ điện đầu ra, tụ điện lọc

Chúng tôi thường đề cập đến các tụ điện trong mạch đầu vào và đầu ra của mô-đun nguồn như các tụ điện lọc. Nói một cách đơn giản, nó là một tụ điện đảm bảo nguồn điện đầu vào và đầu ra ổn định. Nguyên tắc đặt tụ điện lọc trong mô-đun nguồn là "lớn trước khi nhỏ".

Khi thiết kế nguồn điện, cần chú ý xem dây điện và miếng đồng có đủ rộng hay không và số lượng lỗ thông qua là đủ để đảm bảo công suất hiện tại đáp ứng yêu cầu. Đánh giá được thực hiện bằng cách kết hợp chiều rộng và số lượng các lỗ thông qua với kích thước hiện tại.

2. Tụ điện tách rời

Các chân nguồn của IC tốc độ cao đòi hỏi đủ điện dung tách rời, tốt nhất là đảm bảo mỗi chân có một. Trong thiết kế thực tế, nếu không có không gian để đặt tụ điện tách rời, nó có thể được loại bỏ khi thích hợp.

Giá trị tụ điện tách rời của chân nguồn IC thường tương đối nhỏ, chẳng hạn như 0,1 μF, 0,01 μF, v.v. Các gói tương ứng cũng tương đối nhỏ, chẳng hạn như gói 0402, gói 0603, v.v. Khi đặt tụ điện tách rời, cần lưu ý những điểm sau.

1) Đặt càng gần chân nguồn càng tốt, nếu không tách rời có thể không hiệu quả. Về lý thuyết, tụ điện có một phạm vi bán kính tách rời nhất định, do đó nguyên tắc tiệm cận phải được tuân thủ nghiêm ngặt.

2) Dây dẫn từ tụ điện tách rời đến chân nguồn phải càng ngắn càng tốt, dây dẫn phải dày, thường là 8-15 mils (1 mil=0,0254mm). Mục đích của việc làm đậm là làm giảm cảm ứng dây dẫn và đảm bảo hiệu suất cung cấp điện.

3) Khoan lỗ gần đó và kết nối với nguồn điện và mặt đất sau khi nguồn điện và chân nối đất của tụ điện tách rời được rút ra khỏi đĩa. Dây dẫn cũng nên dày lên và thông qua lỗ nên càng lớn càng tốt. Nếu lỗ có đường kính 10ml có thể được sử dụng, thì lỗ 8 triệu là không cần thiết.

4) Đảm bảo vòng tách rời càng nhỏ càng tốt. Các gói BGA thông thường thường có tụ điện tách rời được đặt bên dưới BGA (tức là mặt sau). Do mật độ pin cao của gói BGA, các tụ điện tách rời thường không được đặt với số lượng lớn, nhưng nên được đặt càng nhiều càng tốt.

3. Tụ điện lưu trữ năng lượng

Chức năng của tụ điện lưu trữ năng lượng là đảm bảo IC có thể cung cấp điện trong thời gian ngắn nhất khi sử dụng. Giá trị điện dung của tụ điện lưu trữ năng lượng nói chung là lớn hơn, và gói tương ứng cũng lớn hơn. Trong PCB, tụ điện lưu trữ năng lượng có thể được đặt xa thiết bị, nhưng cũng không quá xa.

Nguyên tắc của lỗ quạt tụ điện và dây quạt như sau.

1) Cố gắng làm cho dây dẫn ngắn và dày để giảm độ tự cảm ký sinh.

2) Đối với tụ điện lưu trữ năng lượng hoặc thiết bị có dòng điện quá lớn, nên khoan càng nhiều lỗ càng tốt.

3) Tất nhiên, lỗ quạt tốt nhất cho hiệu suất điện là lỗ trên đĩa. Thực tế cần cân nhắc tổng hợp.

Trong thiết kế điện tử hiện đại, tụ điện bypass đóng một vai trò quan trọng trong việc định tuyến PCB. Chúng không chỉ giúp cải thiện sự ổn định và hiệu suất của mạch mà còn có tác động đáng kể đến tính toàn vẹn tín hiệu và ức chế nhiễu điện.

1. Lọc tiếng ồn

Một trong những ứng dụng chính của tụ điện bypass là lọc tiếng ồn trên nguồn điện một cách hiệu quả. Các tụ điện này làm giảm tác động của tiếng ồn nguồn điện lên mạch bằng cách cung cấp một đường dẫn trở kháng thấp dẫn tín hiệu tiếng ồn tần số cao trực tiếp xuống đất. Đặc biệt là trong các mạch kỹ thuật số tốc độ cao, tụ điện bỏ qua có thể cải thiện đáng kể chất lượng tín hiệu và đảm bảo hoạt động ổn định của mạch.

2. Hỗ trợ hiện tại thoáng qua

Trong một mạch, một số thiết bị sẽ ngay lập tức yêu cầu rất nhiều dòng điện khi chuyển đổi. Các tụ điện bỏ qua có thể nhanh chóng cung cấp các dòng điện thoáng qua này để đảm bảo mạch tích hợp (IC) luôn nhận được điện áp cung cấp ổn định trong quá trình hoạt động. Bằng cách giảm thiểu những thay đổi tức thời trong điện áp nguồn, tụ điện bypass giúp duy trì sự ổn định và độ tin cậy của hệ thống.

3. Lọc đầu vào và đầu ra

Các tụ điện bỏ qua cung cấp bộ lọc chọn lọc tần số ở đầu vào và đầu ra, cho phép tín hiệu DC đi qua trong khi chặn tín hiệu AC. Tính năng này đặc biệt quan trọng trong thiết kế nguồn điện và có thể giảm thiểu nhiễu cho các thành phần nhạy cảm. Chúng đảm bảo chất lượng truyền tín hiệu của mạch ở các tần số khác nhau và cải thiện hiệu suất của toàn bộ hệ thống.

4. Cân nhắc trong thiết kế bố trí PCB

Trong thiết kế bố cục PCB, các tụ điện bỏ qua nên được đặt gần chân nguồn để đảm bảo chúng có thể đáp ứng nhanh chóng các yêu cầu hiện tại. Đồng thời, các nhà thiết kế cần giảm thiểu sự phân bố cảm giữa tụ điện bỏ qua và các thành phần khác để cải thiện hiệu suất của chúng. Cách bố trí này tối đa hóa hiệu ứng lọc của tụ điện bỏ qua đối với tiếng ồn tần số cao.

Bỏ qua tụ điện có nhiều ứng dụng quan trọng trong định tuyến PCB, bao gồm lọc tiếng ồn, hỗ trợ hiện tại thoáng qua và lọc đầu vào/đầu ra. Với bố cục và thiết kế thích hợp, tụ điện bỏ qua có thể cải thiện đáng kể sự ổn định và hiệu suất của mạch, cung cấp môi trường làm việc đáng tin cậy hơn cho các thiết bị điện tử.