1.未添加去耦电容器的电源分配网络 由于板上的电容器和稳压模块配备了大容量的去耦电容器,无论板级电源分配网络如何设计电路板可以可靠地工作。这就是为什么去耦电容器有时会从电路板上移走,电路板仍然可以正常工作。 为了更确定地设计电源分配网络,板级设计师需要了解包装模型、电容器和芯片电流频谱。当缺乏这些信息时,必须设计板级去耦电路。
2.有两个最常用的板级设计假设:一是封装引脚电感将板级阻抗的有效频率限制在100MHz下面。二是消耗电流和目标,可以估计芯片最坏情况下的功耗。 当目标阻抗大于或等于1时Ω板级设计和去耦电容器起不到太大的作用。
3.随着频率的增加,理想电容器的阻抗反比下降:
4.在不同频率下测量实际0603电容器的阻抗。虽然一开始似乎是理想的电容器,但与理想的电容器不同,实际电容器的阻抗会先达到最低值,然后阻抗值开始增加。
实际电容器的频率可以简单地使用RLC接近电路模型。RLC电路的模拟阻抗能很好地与实测性能一致。 在低频时,RLC电路的阻抗取决于理想电容,高频时取决于理想电感。理想电阻决定RLC最低阻抗。
5.RLC电路阻抗最低的频率称为自谐振频率(SRF)
当高于自谐振频率时,电感决定了模型的阻抗,降低高频阻抗相当于降低电感。这是选择电容器并调整电路板上的连接位置的最重要的工程基础。
6.电阻是构造电容器的金属平面串联电阻,电阻值取决于构成电容器的层数、内部平面积、平面间距和介电常数。
7.电感通常称为等效串联电感(ESL),它的值与如何将电容器安装在电路板上有很大关系,或者它的值反映了安装结构,而不是电容器本身。
8.与电容器本身及其包装路径相关的等效串联电感值可分为以下四个部分: (1)表面布线和平面腔顶部的电路电感; (2)从电容器焊盘到腔平面几个过孔的电路电感; (3)从电容器过孔到球栅阵列过孔的扩散电感; (4)从封装下的平面腔到封装引脚或焊球的回路电感。
9.目前只能近似解决以下几何电路电感: (1)任何均匀的传输线; (2)双圆杆特殊情况; (3)中间一对一较长的薄介质宽导线; (4)上下平面边缘与边缘连接的特殊情况; (5)从中心过孔到外环的扩散电感; (6)平面上两个过孔接触之间的扩散电感。 假设信号和返回路径在远端短路,任何均匀传输线的电路电感都可以通过以下方式给出:
10.这种简单的关系表明,对于任何类似于均匀传输线的结构,必须遵循以下两个重要的设计标准: (1)设计尽可能低的特性阻抗; (2)使用尽可能短的传输线。
11.在电源/地平面之间使用超薄层获得较低的扩散电感,与传统相比FR4介质材料性能提高的真正原因是,即使平面电容值较大,大电容也不起作用,因为片上的电容比电源/地平面的电容大得多。
12.(1)如果希望尖山从电容器焊盘到过孔之间的电路电感,则有以下三个重要的设计调整方案: ①从表面到电源/地腔顶平面的高度较短; ②表面布线要宽; ③短表面布线。 (2)有以下三种设计调整方案可以减少几个过孔之间的电感: ①从表面到电源/地腔顶平面的高度较短; ②使用孔径大的过孔; ③尽量靠近过孔。 (3)有三种设计调整方案可以减少平面电路的扩散电感: ①电源/地腔介质厚度薄; ②使用大孔径或与腔有接触的多孔; ③尽电容器尽可能靠近去耦包装,效果有限。
13.在大多数典型的情况下,特别是在平面间距较大的情况下,扩散电感和表面布线电感一样重要,只要精心设计层次,就可以实现低于2nH电路电感。令人惊讶的是,电路板的层叠在确定电容器等效串联电感方面起着非常重要的作用。 (1)将腔体部移到电容器附近,这将减少电容器和表面的电路电感; (2)通过使电源/地平面之间的介质厚度更薄,扩散电感也会减小; (3)上述设计特点是主要因素,与厚度呈线性相关。两个因素是对数相关的,改变过孔直径或移动电容器使其更接近球栅阵列。
14.最好在球栅阵列的正下方加电容器,还是在球栅阵列的同一表面层加电容器? 模拟电容器的正确位置是电路电感最低的地方。显然,如果电路板的总厚度很薄,过孔电路电感也很低。 如果电容器放置在顶部表面,可以获得较低的电路电感,那么这将是首选,但作为一个一般规则,如果电容器可以放置在两个地方,那么最好使用两个地方。特别是在需要使用许多电容器以获得低阻抗的情况下。 当包装周围放置许多电容器时,其电流可能会重叠,腔扩散电感会增加。在球栅阵列的正下方放置一些电容器,可以最大限度地减少腔扩散电感的增加。