分享PCB中的去耦電容設(shè)計(jì)

　　旁路和去耦是指防止有用能量從一個(gè)電路傳到另一個(gè)電路中，并改變噪聲能量的傳輸路徑，從而提高電源分配網(wǎng)絡(luò)的品質(zhì)。它有三個(gè)基本概念：電源、地平面，元件和內(nèi)層的電源連接。

　　去耦是當(dāng)器件進(jìn)行高速開關(guān)時(shí)，把射頻能量從高頻器件的電源端泄放到電源分配網(wǎng)絡(luò)。去耦電容也為器件和元件提供一個(gè)局部的直流源，這對減小電流在板上傳播浪涌尖峰很有作用。

　　在數(shù)字電路及IC控制器電路中，必須要進(jìn)行電源去耦。當(dāng)元件開關(guān)消耗直流能量時(shí)，沒有去耦電容的電源分配網(wǎng)絡(luò)中將發(fā)生一個(gè)瞬時(shí)尖峰。這是因?yàn)殡娫?a target="_blank">供電網(wǎng)絡(luò)中存在著一定的電感，而去耦電容能提供一個(gè)局部的沒有電感的或者說很小電感的電源。通過去耦電容，把電壓保持在一個(gè)恒定的參考點(diǎn)，阻止了錯(cuò)誤的邏輯轉(zhuǎn)換，同時(shí)還能減小噪聲的產(chǎn)生，因?yàn)樗芴峁┙o高速開關(guān)電流一個(gè) 的回路面積來代替元件和遠(yuǎn)端電源間的大的回流面積，如下圖所示。

　　從圖示中可以看到，PCB中的去耦電容可大大減小電流環(huán)路面積。去耦電容的另一個(gè)作用是提供局部的能量儲存源，可以減小電源供電的輻射路徑。電路中的RF能量的產(chǎn)生和I·A·f成正比的，這里I是回流的電流；A是回路的面積；f是電流的頻率。由于電流和頻率在選擇器件時(shí)已確定，要想減小輻射，那么減小電流的回路面積變得非常重要。在有去耦電容的電路中，電流在小的RF電流回路中流動，從而減小RF能量?？梢酝ㄟ^放置去耦電容可以得到小的回路面積。

　　如上圖所示，ΔU是L·di/dt在地線上產(chǎn)生的噪聲，它在去耦電容中流動。這個(gè)ΔU驅(qū)動著板上的地結(jié)構(gòu)和分配系統(tǒng)中的共模電壓流向整個(gè)電路板。因此減小ΔU與地阻抗有關(guān)，也與去耦電容的用法及位置有關(guān)。

　　去耦也是克服物理的和時(shí)序的約束的一種方法，它是通過在信號線和電源線及平面間提供一個(gè)低阻抗的電源來實(shí)現(xiàn)的。在頻率升高到自諧振點(diǎn)之前，隨著頻率的升高，去耦電容的阻抗會越來越低，這樣高頻噪聲會有效的從信號線上泄放，這時(shí)剩下的低頻輻射能量就沒有什么影響了。根據(jù)去耦電容的原理，如果增加從電源線吸收能量的難度，就會使大部分能量從去耦電容中獲得，充分發(fā)揮去耦電容的作用，同時(shí)電源線上也將產(chǎn)生更小的di/dt噪聲。根據(jù)這樣的方法，可以人為增加電源線上的阻抗。

　　在IC電源供電線上串聯(lián)鐵氧體磁珠是一種常用的方法，由于鐵氧體磁珠對高頻電流呈現(xiàn)較大的阻抗，因此增強(qiáng)了電源去耦電容的效果。

　　旁路是把不必要的共模RF能量從元件或線纜中泄放掉。它的實(shí)質(zhì)是產(chǎn)生一個(gè)交流支路來把不希望的能量從易受影響的區(qū)域泄放掉。另外，它還提供濾波功能。其濾波的能力顯然還是其自身的帶寬的限制。有時(shí)把旁路也統(tǒng)稱為濾波的設(shè)計(jì)。旁路或?yàn)V波通常應(yīng)用在電源與地之間、信號與地之間或者不同的地之間，它與去耦有所不同。但是對于電容的使用方法來說是一樣的，因此通常描述有關(guān)電容的特性都適用于去耦和旁路。

　　儲能是當(dāng)所用的信號引腳在 容量負(fù)載下同時(shí)開關(guān)時(shí)，用來保持提供給器件的恒定的直流電壓和電流。它還能阻止由于器件的di/dt電流浪涌而引起的電源跌落。如果說去耦是高頻的范疇，那么儲能可以理解為低頻的范疇。