電容的模型、選型、容值計算與pcb布局布線-文庫吧資料
2025-05-29 18:32本頁面
【正文】 成的系統(tǒng)，~。一旦決定了等效開關(guān)電容，再用遠(yuǎn)大于1/m的值與它相乘來找出IC所要求的總?cè)ヱ铍娙葜怠５刃ч_路電容定義為： C=P/(f Xilinx推薦的容值計算方法xilinx公司推薦的去耦電容容值計算方法： 推薦使用遠(yuǎn)大于1/m乘以等效開路電容的電容值。綜上所述，對于這個電源系統(tǒng)，選擇 1 個 μF 的大電容和 63 個 μF 的小電容即可滿足要求。第五步：計算頻率高于 時所需電容如果希望電源系統(tǒng)在 500MHz 以下時都能滿足電壓波動要求，就必須控制電容的寄生電感量。假設(shè) ESL 為 5nH，則 bulk （體電容）的最高有效頻率為：采用一個 μF 的電容，在 100kHz 到 之間，能夠使電源系統(tǒng)的輸出阻抗控制在目標(biāo)阻抗之下。第三步：計算 bulk （體電容）電容量當(dāng)頻率處于電容自諧振點以下時，電容器的阻抗可近似表示為：可見，頻率 f越高，阻抗越小，頻率越低，阻抗越大。在 100kHz 以下時，電源電路具有低的輸出阻抗，能很好的對瞬態(tài)電流做出反應(yīng)。利用目標(biāo)阻抗計算電源系統(tǒng)所需去耦電容器的電容量的步驟如下：第一步：計算目標(biāo)阻抗第二步：確定穩(wěn)壓電源電路的頻率響應(yīng)范圍穩(wěn)壓電源電路的頻率響應(yīng)范圍與具體使用的電源芯片和電路結(jié)構(gòu)有關(guān)，通常在 DC 到幾百kHz 之間。電容的選擇是分頻段設(shè)計的，每一種容值的電容負(fù)責(zé)一段頻譜范圍，超出這個范圍的，由其他電容負(fù)責(zé)構(gòu)成低阻抗路徑。 這種分析方法非常有利于分析并設(shè)計 PDN 對 SI （信號完整性）和 EMI 影響。頻域阻抗分析法是平面 PDN 設(shè)計的典型方法?；谀繕?biāo)阻抗的 PDN 設(shè)計方法利用電容器諧振頻率周圍阻抗達(dá)到最小的特性來獲得低輸入阻抗，大容量的體電容器維持低頻輸入阻抗，SMT 電容器維持中高頻輸入阻抗，而平面電容、嵌入式電容和片上／封裝電容則維持高頻阻抗。頻率范圍一般為 IC 的工作頻率。一個設(shè)計示例如圖 16 所示。 基于目標(biāo)阻抗的 容值計算 基于目標(biāo)阻抗的PDN 設(shè)計如圖 14 所示，基于目標(biāo)阻抗的 PDN（電源分配網(wǎng)絡(luò)）設(shè)計方法將 PDN 看成一個系統(tǒng)，以平均交流電流激勵 PDN， 為使 PDN 的輸出電壓波動小于電源噪聲容限， PDN 的輸入阻抗必須小于目標(biāo)阻抗。記?。?電容放電給負(fù)載提供電流，其本身電壓也會下降，但是電壓下降的量不能超過 mV （容許的電壓波紋） 。例設(shè)負(fù)載（容性）為 30pF，要在 2ns 內(nèi)從 0V 驅(qū)動到 ，瞬態(tài)電流為：I=CdVdt==如果共有 36 個這樣的負(fù)載需要驅(qū)動，則瞬態(tài)電流為： 36X = 。 I是以A（安培）為單位的最大要求電流； 216。 ⊿U是實際電源總線電壓所允許的降低，單位為V。⊿U=I 使用下列表達(dá)式可計算出一個IC所要求的去耦電容的電容量C。4 電容的容值計算可以采用兩種方法確定所需的電容量： 一是利用電源驅(qū)動的負(fù)載計算電容量， 二是利用目標(biāo)阻抗（Target Impedance）來計算總電容量。要使用鉭電容或聚碳酸酯電容。每10片左右集成電路要加一片充放電電容，或1個蓄能電容，可選10μF左右。它的并行共振頻率大約在7MHz左右，也就是說，對于10MHz以下的噪聲有較好的去耦效果，對40MHz以上的噪聲幾乎不起作用。具體曲線與電容的介質(zhì)有關(guān)，所以選擇旁路電容還要考慮電容的介質(zhì)，一個比較保險的方法就是多并幾個電容。在某個頻率，會發(fā)生諧振，此時電容的阻抗就等于其ESR。旁路電容就是針對高頻來的，也就是利用了電容的頻率阻抗特性。具體容值可以根據(jù)電流的大小、期望的紋波大小、作用時間的大小來計算。去耦和旁路都可以看作濾波。旁路電容實際也是去耦合的，只是旁路電容一般是指高頻旁路，也就是給高頻的開關(guān)噪聲提高一條低阻抗泄防途徑。如果負(fù)載電容比較大，驅(qū)動電路要把電容充電、放電，才能完成信號的跳變，在上升沿比較陡峭的時候，電流比較大，這樣驅(qū)動的電流就會吸收很大的電源電流，由于電路中的電感，電阻（特別是芯片管腳上的電感，會產(chǎn)生反彈），這種電流相對于正常情況來說實際上就是一種噪聲，會影響前級的正常工作，這就是耦合。對于同一個電路來說，旁路（bypass）電容是把輸入信號中的高頻噪聲作為濾除對象，把前級攜帶的高頻雜波濾除，而去耦（decoupling）電容也稱退耦電容，是把輸出信號的干擾作為濾除對象。我們經(jīng)?？梢钥吹?，在電源和地之間連接著去耦電容，它有三個方面的作用：一是作為本集成電路的蓄能電容；二是濾除該器件產(chǎn)生的高頻噪聲，切斷其通過供電回路進行傳播的通路；三是防止電源攜帶的噪聲對電路構(gòu)成干擾。旁路電容：從元件或電纜中轉(zhuǎn)移出不想要的共模RF能量。 去耦電容與旁路電容的區(qū)別去耦電容：去除在器件切換時從高頻器件進入到配電網(wǎng)絡(luò)中的RF能量。例如電子管的柵極相對于陰極往往要求加有負(fù)壓，為了在一個直流電源下工作，就在陰極對地串接一個電阻，利用板流形成陰極的對地正電位，而柵極直流接地，這種偏置技術(shù)叫做“自偏”，但是對（交流）信號而言，這同時又是一個負(fù)反饋，為了消除這個影響，就在這個電阻上并聯(lián)一個足夠大的電容，這就叫旁路電容。 旁路電容可將混有高頻電流和低頻電流的交流電中的高頻成分旁路掉的電容，稱做“旁路電容”。要使用鉭電容或聚碳酸酯電容。每10片左右集成電路要加一片充放電電容，或1個蓄能電容，可選10μF左右。它的并行共振頻率大約在7MHz左右，也就是說，對于10MHz以下的噪聲有較好的去耦效果，對40MHz以上的噪聲幾乎不起作用。我們經(jīng)?？梢钥吹?，在電源和地之間連接著去耦電容，它有三個方面的作用：一是作為本集成電路的蓄能電容；二是濾除該器件產(chǎn)生的高頻噪聲，切斷其通過供電回路進行傳播的通路；三是防止電源攜帶的噪聲對電路構(gòu)成干擾。而去耦電容可以彌補此不足。實際水是來自于大樓頂上的水塔,水塔其實是一個buffer的作用。（這也是為什么很多電路板在高頻器件VCC管腳處放置小電容的原因之一。去耦電容的主要功能就是以減少開關(guān)噪聲在板上的傳播和將噪聲引導(dǎo)到地。去耦電容還可以為器件提供局部化的DC電壓源，它在減少跨板浪涌電流方面特別有用。如果會出現(xiàn)比較大的瞬時電流，建議再加一兩個比較大的鉭電容。簡易規(guī)則：理論上說電源濾波用電容越大越好，一般大電容濾低頻波,小電容濾高頻波。高頻鋁電解電容器還有多芯的形式，即將鋁箔分成較短的若干段，用多引出片并聯(lián)連接以減小容抗中的阻抗成份。 在電源設(shè)計中,濾波電容的選取原則是： C≥其中：C為濾波電容，單位為UF； f為頻率，單位為Hz R為負(fù)載電阻，單位為Ω 當(dāng)然，這只是一般的選用原則，在實際的應(yīng)用中，如條件(空
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