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印制電路板通孔的電感分析_高都電子PCB技術(shù)中心_pcb學(xué)院P

2019-08-27 19:14:07

對(duì)數(shù)字電路設(shè)計(jì)者來說,通孔的電感比電容更重要。每個(gè)通孔都有寄生中聯(lián)電感。因?yàn)橥椎膶?shí)體結(jié)構(gòu)小,其特性非常像素集總電路元件。通孔串聯(lián)電感的主要影響是降低了電源旁路電容的有效性,這將使整個(gè)電源供電濾波效果變差。

  旁路電容的目的是在高頻段把兩個(gè)電源平面短路在一起。如果假設(shè)一個(gè)集成電路在a點(diǎn)連接在電源和地平面之間,在b點(diǎn)有一個(gè)理想的表面貼裝旁路電容。則預(yù)期在芯片焊接點(diǎn)的vcs和地平面之間的高頻阻抗為零。然而,實(shí)際情況并非如此。將電容連接到vcc和地平面的每個(gè)連接通孔電感引入了一個(gè)小的但是可測(cè)量到的電感。這個(gè)電感的大小近似為:

  其中,l=通孔電感,nh
  h=通孔長(zhǎng)度,in
  d=通孔直徑,in

  因?yàn)樯鲜桨ㄒ粋€(gè)對(duì)數(shù),所以通孔直徑的改變對(duì)電感影響很小,但通孔長(zhǎng)度的改變可能引起大的變化。

  通孔對(duì)于上升沿速度為1ns的信號(hào)的感抗。首先計(jì)算電感:
  h=0.063(通孔長(zhǎng)度,in)
  d=0.016(通孔直徑,in)
  t10~90%=1.00(上升沿速度,ns)

  從芯片分路高頻電流,3.8歐的值還不夠低。同時(shí)要記住,旁路電容通常一端通過一個(gè)通孔連接到地平面,另一端也通過一個(gè)通孔連接到+5v平面,因此通孔電感的影響會(huì)增加一倍。旁路電容貼裝在板子最靠近電源和地平面的一邊,有利于減少其影響。最后,在電容和通孔之間的任何引線都會(huì)增加更多的電感。這些走線應(yīng)該總是盡量寬一些。

  在電源和地之間使用多個(gè)旁路電容,可以得到非常低的阻抗。對(duì)于數(shù)字產(chǎn)品,作為一個(gè)粗略的準(zhǔn)則,假設(shè)電源和地平面是理想的導(dǎo)體,電感為零。我們只考慮旁路電容及其相關(guān)走線和通孔的電感。在一個(gè)特定的范圍內(nèi),所有的旁路電容將如同并聯(lián),降低了電源和地之間的阻抗。產(chǎn)生這個(gè)效果的有效半徑等于1/12,其中,1是上升沿的電長(zhǎng)度。在1/6的直徑以內(nèi),所有電容共同作為一個(gè)集總電路。

  1ns的上升沿在fr-4材料中的傳播長(zhǎng)度大約為1=6in。在這個(gè)例子中,電容的柵格間距大于1/12=0.5in,將不會(huì)有任何好處。

  對(duì)于電源的旁路電容,上升時(shí)間越短,旁路會(huì)變得越困難。當(dāng)上升時(shí)間縮短時(shí),有效半徑的值也變小。有效半徑內(nèi)電容的數(shù)量隨上升時(shí)間的平方而減少。

  這是一個(gè)綜合問題。限隨著上升時(shí)間的降低,數(shù)字轉(zhuǎn)折頻率上升,使每個(gè)通孔的感抗增加。最后的結(jié)果是,對(duì)于工作在某一頻率的一個(gè)特定配置的旁路電容,當(dāng)我們把上升時(shí)間減半時(shí),其效果將減小8倍。依據(jù)該比例準(zhǔn)則,從一個(gè)工作頻率范圍得到的經(jīng)驗(yàn)可以很容易地轉(zhuǎn)換到一個(gè)新的工作頻率范圍。

 

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