Công nghệ PCB - Layout PCB và lắp đặt tụ điện tách

Sự hình thành của dòng mốc:

Kích thước của dòng điện thu hút từ nguồn cung cấp điện khi mạch kỹ thuật số đầu ra mức cao thường khác với dòng điện được tiêm trong đầu ra mức thấp, tức là dòng điện chìm trong đầu ra mức thấp> dòng điện thu hút bởi nguồn cung cấp điện.

Hình dạng sóng của dòng nguồn cung cấp điện đỉnh khác nhau theo loại thiết bị được sử dụng và tải điện dung kết nối với đầu cuối đầu ra.

Lý do chính của sự gia tăng dòng điện là:

Các ống T3 và T4 của giai đoạn đầu ra được bật cùng một lúc trong thiết kế ngắn. Trong quá trình của cổng NAND từ đầu ra mức thấp đến mức cao, sự nhảy tiêu cực của điện áp đầu vào tạo ra một dòng ổ đĩa ngược lớn trong vòng cơ sở của T2 và T3, bởi vì chiều sâu bão hòa của T3 được thiết kế lớn hơn so với T2 lớn, dòng ổ đĩa ngược sẽ khiến T2 thoát khỏi bão hòa trước và cắt đứt. Sau khi T2 bị tắt, tiềm năng bộ thu của nó tăng lên, bật T4. Nhưng tại thời điểm này T3 đã không bị bão hòa, vì vậy trong một thiết kế rất ngắn, T3 và T4 sẽ được bật cùng một lúc, do đó tạo ra một ic4 lớn, gây ra dòng nguồn điện tạo thành một dòng đỉnh. R4 trong hình được thiết kế để hạn chế dòng chảy đỉnh này.

R4 trong mạch cổng TTL công suất thấp lớn hơn, vì vậy dòng điện đỉnh của nó nhỏ hơn. Khi điện áp đầu vào thay đổi từ thấp sang cao, mức đầu ra của cổng NAND thay đổi từ cao sang thấp. T3 và T4 cũng có thể được bật cùng một lúc. Nhưng khi T3 bắt đầu bật, T4 đang ở trạng thái khuếch đại, và điện áp giữa bộ thu và bộ phát của hai ống lớn hơn, vì vậy dòng điện đỉnh được tạo ra nhỏ hơn và tác động đến dòng điện cung cấp tương đối nhỏ.

Một nguyên nhân khác của dòng điện tăng là ảnh hưởng của công suất tải. Thực tế có một tụ tải CL ở đầu ra của cổng NAND. Khi đầu ra của cổng thay đổi từ thấp sang cao, điện áp nguồn cung cấp điện được sạc bởi T4 vào tụ CL, do đó tạo thành một dòng mốc.

Khi đầu ra của cổng NAND thay đổi từ mức cao sang mức thấp, tụ CL xả thông qua T3. Tại thời điểm này, dòng xả không đi qua nguồn cung cấp điện, vì vậy dòng xả của CL không ảnh hưởng đến dòng cung cấp điện.

Phương pháp đàn áp dòng gai:

1. Thực hiện các biện pháp trên hệ thống dây của bảng mạch để giảm thiểu điện dung đi lạc của đường tín hiệu;

2. Một phương pháp khác là cố gắng giảm điện trở bên trong của nguồn điện để dòng điện đỉnh không gây ra biến động quá mức trong điện áp nguồn;

3. Thực hành thông thường là sử dụng tụ nối để lọc, thường được đặt tại đầu vào điện của bảng mạch.

Một tụ điện tách nối 1uF để lọc ra tiếng ồn tần số thấp; một tụ nối 0,01uF (tụ lọc tần số cao) được đặt giữa công suất và mặt đất của mỗi thiết bị hoạt động trong bảng mạch. Lọc tiếng ồn tần số cao. Mục đích của việc lọc là lọc ra sự can thiệp AC đặt trên nguồn cung cấp điện, nhưng không phải là công suất của tụ điện được sử dụng càng lớn càng tốt, bởi vì tụ điện thực tế không phải là tụ điện lý tưởng và không có tất cả các đặc điểm của tụ điện lý tưởng.

Việc lựa chọn tụ nối có thể được tính theo C = 1 / F, nơi F là tần số mạch, tức là 0,1uF cho 10MHz và 0,01uF cho 100MHz. Nói chung, nó có thể là 0,1 ~ 0,01uF.

Tụ lọc tần số cao được đặt bên cạnh thiết bị hoạt động có hai chức năng. Một là lọc sự can thiệp tần số cao được thực hiện dọc theo nguồn cung cấp điện, và thứ hai là bổ sung kịp thời dòng điện đỉnh cao cần thiết cho hoạt động tốc độ cao của thiết bị. Vì vậy, vị trí của tụ điện cần được xem xét.

Do các thông số ký sinh trùng của tụ tụ thực tế, nó có thể tương đương với điện trở và điện cảm kết nối theo loạt trên tụ tụ, được gọi là điện trở loạt tương đương (ESR) và điện cảm loạt tương đương (ESL). Bằng cách này, tụ điện thực tế là một mạch cộng hưởng loạt.

Tụ điện thực tế là điện dung ở tần số thấp hơn Fr và cảm ứng ở tần số cao hơn Fr, vì vậy tụ điện giống như một bộ lọc dừng băng tần hơn.

Tụ điện giải 10uF có ESL lớn và Fr nhỏ hơn 1MHz, có hiệu ứng lọc tốt hơn đối với tiếng ồn tần số thấp như 50Hz, nhưng không ảnh hưởng đến tiếng ồn chuyển đổi tần số cao hàng trăm megabyte.

ESR và ESL của tụ điện được xác định bởi cấu trúc của tụ điện và môi trường được sử dụng, chứ không phải là công suất. Khả năng ức chế sự can thiệp tần số cao không thể được cải thiện bằng cách sử dụng tụ điện công suất lớn hơn. Đối với cùng loại tụ điện, ở tần số thấp hơn Fr, trở kháng của công suất lớn hơn nhỏ hơn công suất nhỏ hơn, nhưng nếu tần số cao hơn Fr, ESL xác định Sẽ không có sự khác biệt về trở kháng giữa hai.

Sử dụng quá nhiều tụ điện công suất lớn trên bảng mạch không hữu ích cho việc lọc nhiễu tần số cao, đặc biệt là khi sử dụng nguồn cung cấp điện chuyển đổi tần số cao. Một vấn đề khác là quá nhiều tụ điện công suất lớn làm tăng tác động đến nguồn cung cấp điện khi bật và trao đổi nóng bảng mạch, có khả năng gây ra các vấn đề như giảm điện áp nguồn cung cấp điện, cháy đầu nối bảng mạch và tăng điện áp chậm trong bảng mạch.

Việc đặt tụ điện tách ghép trong bố trí PCB

Đối với lắp đặt tụ điện, điều đầu tiên cần đề cập là khoảng cách lắp đặt. Tụ điện với công suất nhỏ nhất có tần số cộng hưởng cao nhất và bán kính tách ghép nhỏ nhất, vì vậy nó được đặt gần chip nhất. Công suất lớn hơn có thể xa hơn, và lớp bên ngoài có công suất lớn nhất. Tuy nhiên, tất cả các tụ điện tách chip nên càng gần chip càng tốt.

Một điểm khác cần lưu ý là khi đặt nó, tốt nhất là phân phối nó bình đẳng xung quanh chip, và điều này phải được thực hiện cho mỗi mức dung lượng. Thông thường sự sắp xếp của các pin điện và mặt đất được tính đến khi chip được thiết kế, và chúng thường được phân phối bình đẳng trên bốn mặt của chip. Do đó, rối loạn điện áp tồn tại xung quanh chip, và việc tách nối cũng phải tách nối toàn bộ khu vực chip một cách đồng đều. Nếu các tụ điện 680pF trong hình trên đều được đặt trên phần trên của chip, do vấn đề bán kính tách nối, thì sự rối loạn điện áp ở phần dưới của chip không thể được tách nối tốt.

Lắp đặt tụ điện

Khi cài đặt tụ tụ, kéo ra một dây chì ngắn từ pad, và sau đó kết nối nó với máy bay điện thông qua lỗ thông qua, và điều tương tự cũng đúng với đầu cuối mặt đất. Bằng cách này, vòng lặp hiện tại chảy qua tụ điện là: điện phẳng-vias-dây chì-pads-tụ điện-pads-dây chì-vias-mặt đất phẳng, hình sau trực quan cho thấy con đường ngược luồng hiện tại.

Phương pháp đầu tiên dẫn ra một dây chì dài từ pad và sau đó kết nối với lỗ thông qua. Điều này sẽ giới thiệu một cảm ứng ký sinh trùng lớn. Điều này cần tránh. Đây là phương pháp cài đặt tồi tệ nhất.

Phương pháp thứ hai khoan lỗ ở hai đầu của pad bên cạnh pad, có diện tích đường nhỏ hơn nhiều so với phương pháp đầu tiên, và điện cảm ký sinh trùng cũng nhỏ, điều này là chấp nhận được.

Loại thứ ba là khoan lỗ ở bên miếng đệm, làm giảm thêm diện tích vòng, và điện cảm ký sinh trùng nhỏ hơn loại thứ hai, đó là một phương pháp tốt hơn.

Phương pháp thứ tư có lỗ ở cả hai bên của miếng đệm. So với phương pháp thứ ba, tương đương với mỗi đầu của tụ điện được kết nối song song với mặt phẳng nguồn và mặt đất thông qua lỗ thông qua, ít hơn so với cảm ứng ký sinh thứ ba. Hãy thử phương pháp này nếu không gian cho phép.

Phương pháp cuối cùng là trực tiếp khoan lỗ trên miếng đệm, với khả năng cảm ứng ký sinh trùng ít nhất, nhưng hàn có thể gây ra vấn đề. Việc sử dụng nó phụ thuộc vào khả năng xử lý và phương pháp.

Đề nghị phương pháp thứ ba và thứ tư.

Điều quan trọng cần nhấn mạnh là một số kỹ sư PCB đôi khi sử dụng lỗ thông qua chung cho nhiều tụ điện để tiết kiệm không gian. Đừng bao giờ làm thế trong bất kỳ hoàn cảnh nào. Tốt nhất là tìm cách tối ưu hóa thiết kế của tổ hợp tụ điện và giảm số lượng tụ điện.

Vì đường in càng rộng, độ tự cảm càng nhỏ, dây dẫn từ đĩa đến lỗ thông qua phải càng rộng càng tốt và nếu có thể, hãy cố gắng giống như chiều rộng của đĩa. Bằng cách này, ngay cả tụ điện trong gói 0402 cũng có thể sử dụng dây dẫn rộng 20 triệu.