電源層和接底層的電容如何來選擇

多層PCB通常包括一對(duì)或多對(duì)電壓和接地層。電源層的功能等同于一個(gè)低電感的電容器，能夠約束在元件和信道上產(chǎn)生的RF電容。機(jī)殼一般會(huì)有多個(gè)接地點(diǎn)連接到接地層，有助于減小板子的機(jī)殼和板間、板中的電壓梯度。電壓梯度是共模射頻場(chǎng)的主要，也是機(jī)殼到地的射頻電源的。

和電容一樣，電源和接地層也有非常小的等效引線長(zhǎng)度電感，但沒有ESR。不過在多數(shù)層板中，兩個(gè)部件間的最大板間電感遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1nH。

板間電容的理論計(jì)算公式為

其中，ε0＝8.85pF/m為自由空間介電常數(shù)；εr為充滿電源平面和地平面之間介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)；A為電源平面和地平面重疊部分的面積；d為電源平面和地平面之間的距離。

實(shí)際的電容值通常小于這個(gè)計(jì)算值。一般地，網(wǎng)絡(luò)分析、數(shù)學(xué)計(jì)算或模擬實(shí)驗(yàn)將給出電源層的實(shí)際電感值，還可以定出全部電路層的阻抗值及潛在自諧振頻率。

因?yàn)樵诙鄬覲CB中通常是用分立的去耦電容，所以必須考慮慢邊緣速率在低頻時(shí)電容器的值，通常這個(gè)頻率范圍小于25 MHz。

在圖所示中，“裸板”的阻抗非常接近理想去耦電容器的阻抗，理想去耦電容器為只有純電容，沒有附加電感和電阻的電容器。理想阻抗的計(jì)算式為

串聯(lián)諧振頻率夭計(jì)算式如下并聯(lián)諧振頻率幾計(jì)算式如下

其中，n等于分立電容器數(shù)目；Gd是分立電容器電容；氣是電源層的接地層結(jié)構(gòu)的電容值。

當(dāng)頻率高于fa，附加的n個(gè)分立去耦電容不能帶來附加的好處，這是因?yàn)槁惆宓淖杩惯h(yuǎn)遠(yuǎn)小于有獨(dú)立電容器負(fù)載時(shí)的阻抗。當(dāng)接近負(fù)載板極點(diǎn)頻率（并聯(lián)共振）時(shí)，負(fù)載板阻抗的值異常高，負(fù)載板的去耦性能比無負(fù)載（沒有附加分立去耦電容器）時(shí)差很多。分析結(jié)果清楚地表明，減小去耦電容器連線的串聯(lián)電感是獲得在寬頻范圍內(nèi)理想性能的關(guān)鍵。

圖 具有分立電容的電源和接地層的去耦效果

在式（5－4）、式（5－5）和式（5－6）中，并聯(lián)諧振對(duì)應(yīng)于極點(diǎn)，串聯(lián)諧振對(duì)應(yīng)于零點(diǎn)。當(dāng)提供多個(gè)電容器時(shí)，極點(diǎn)和零點(diǎn)將交替出現(xiàn)。因此，在每一對(duì)串聯(lián)諧振頻率之間都有一個(gè)并聯(lián)諧振。兩個(gè)串聯(lián)諧振間總存在一個(gè)并聯(lián)諧振點(diǎn)。

來源：維庫電子市場(chǎng)網(wǎng)