BGA类电源种类繁多,因此往往需要在一个电源平面上布置多个电平。在一个平面上布置多个电源时,需要分割电源平面。在分割电源平面时,为了保证电源平面与地平面形成电容平面,有效耦合,各电源平面的边界形状应尽可能大PCB分割电源平面。电源平面的分割方法应简洁合理,分割区域的大小应满足载流能力。
由于不同电压平面之间有一定的爬电距离,相邻不同电压值的电源平面电压差越大,爬电距离越大。正确的分割线宽度一般应大于0.2mm(8mii),像BGA类IC,应特别考虑区域小的分割线,如BGA内部,一般推荐:1.27mmBGA引脚间距的分割线宽度习0.635mm;1.0mmBGA引脚间距的分割线宽度>0.508mm(25mil);0.8mmBGA引脚间距分割线宽度乡0.254mm(10mil);0.5mmBGA引脚间距的分割线宽度>0.2032mm(8mil)。
在PCB合理使用去耦电容(包括电容的类型、数量和PCB布局位置)能有效过滤电源中包含的噪声,达到设计电源完整性的目的。PCB上去耦电容器的类型包括铝电解电容器、固态电容器、钽电容器和陶瓷电容器等。C1206、C0805、C0603、C0402和C01005等。根据放置位置和IC包装可分为电源引脚去耦和电源平面去耦。电容的摆放位置是根据电容的容值大小确定的。由于电容器的去耦效果有一定的距离要求,即去耦半径问题,如果电容器距离IC如果放置距离超过电容器的去耦半径,电容器将失去去耦。大电容器的去耦半径大,小电容器的去耦半径小,所以小电容器应该是距离IC尽可能靠近供电引脚,大电容距离IC供电引脚可适当远离。电容器的去耦是电容器对IC对于瞬态电流瞬态电流需求IC补偿所需的瞬态电流必须感知这一需求。根据电容的谐振特性,当需要补偿的瞬态电流频率与电容的谐振频率一致时,电容的去耦效果最好。当去耦电容和IC供电需求之间的距离小于λ/4时,去耦电容可以更好地补偿IC在实际应用中,去耦电容和所需的瞬态电流IC供电引脚之间的距离最好控制在λ/40—λ/50”。根据电容的谐振频率特点,小容量小包装电容的谐振频率高,相应的波长短,大容量大包装电容的谐振频率低,相应的波长,因此小容量的去耦半径小于大容量的去耦半径。
对于电容器的安装,首先要提到的是安装距离。容量最小的电容器具有最高的谐振频率和最小的去耦半径,因此放置在最接近芯片的位置。容量稍大的可以稍远,容量最大的可以放置在最外层。然而,所有去耦芯片的电容器都应尽可能靠近芯片.
还有一点需要注意的是,放置时最好均匀分布在芯片周围,每个容量等级都应该是这样的。通常在设计芯片时,考虑到电源和引脚的排列位置,芯片的四个边缘一般均匀分布。因此,芯片周围存在电压干扰,去耦也必须均匀地去耦整个芯片区域。
安装电容器时,应从焊盘中拉出一小段引出线,然后通过孔与电源平面连接接地端。流经电容器的电流电路是电源平面->过孔->引出线->焊盘->电容->焊盘->引出线->过孔->地平面。
放置过孔的基本原则是尽量减少环路面积,然后减少总寄生电感。以下是几种过孔方法。
第一种方法是从焊盘上引出长长的引线,然后连接过孔,这将引入大量的寄生电感,必须避免这样做,这是最糟糕的安装方法。
第二种方法在焊盘两端靠近焊盘打孔,比第一种方法小很多,寄生电感小,可以接受。
第三种方法是在焊盘侧面打孔,进一步减少回路面积,寄生电感小于第二种。
第四种是在焊盘两侧打孔。与第三种方法相比,相当于电容器的每一端通过孔并联接入电源平面和地平面,小于第三种寄生电感。只要空间允许,尽量使用这种方法。
第五种方法是直接在焊盘上打孔,寄生电感最小,但焊接可能有问题。是否使用取决于加工能力和方法。
建议使用第三种和第四种方法。
需要强调的是,一些工程师有时允许多个电容器使用公共穿孔,以节省空间。在任何情况下都不要这样做。试着优化电容组合的设计,减少电容量。
由于印刷线越宽,电感越小,从焊盘到过孔的引出线应尽可能宽,如果可能的话,应尽量与焊盘宽度相同。这样,即使是0402包装的电容也可以使用20mil宽引出线。
去耦电容一般起以下作用:
1)旁路设备的高频噪声(为电源和地面之间的高频噪声提供低阻抗通路)。一般来说,工作频率越高,电容值越大,电容阻抗越小。
2)作ic利用电容充放电原理提供和吸收储能电容ic开门关门瞬间充放电能。
在实际应用中,典型的数字电路0.1uf去耦电容有5nh分布频率约为7mhz(只对此频率的噪声有很好的去耦效果)。而1uf、10uf20年平行共振频的电容mhz以上,去除高频噪声的效果更好。在电源进入印刷板的地方放置一个1uf或10uf即使是电池供电系统也需要这种电容电容器。
去莲藕电容是为了满足驱动电路电流的变化,避免耦合干扰发挥电池的作用。
旁路电容实际也是去藕合的,只是旁路电容一般是指高频旁路,也就是给高频的开关噪声提高一条低阻抗泄防途径。高频旁路电容一般比较小,根据谐振频率一般是0.1u,0.01u等等,去耦电容一般比较大,是10u或更大,根据电路中的分布参数和驱动电流的变化来确定。