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新型开关电源优化设计与实例详解全书.pdf_高频电路设计中,如何应对“不理想”的电容与电感?...

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常用于高频电路设计AC耦合电容,要么在芯片之间加两个直接连接,要么在芯片和连接器之间加两个。它看起来很简单,但一切都因信号的高速而不同。信号的高速传输使电容器不理想,电容器设计不当,可能导致整个项目失败。因此,对于高速电路,这个AC不优化耦合电容将是致命的。 根据之前的项目经验,笔者对我在使用这个电容器时遇到的一些问题进行了盘点和分析。 首先要明白AC耦合电容的作用。一般来说,我们使用它AC耦合电容提供直流偏压,即滤出信号的直流分量,使信号对称为0轴。既然是这个功能,这个电容器能放在通道的任何位置吗?这是作者在使用这个电容器时遇到的第一个问题——AC耦合电容应该放在哪里? 以下是项目中经常遇到的典型通道分析。 该电容器在低速电路设计中能等效成理想电容器。 在高频电路中,由于寄生电感的存在和板材阻抗的不连续性,这个电容不能被视为理想的电容。 这里的信号频率2.5G,通道长度4000mil,AC耦合电容位于距离发送端和接收端200mil的位置。 让我们来看看模拟眼图的变化。 显然,这颗AC当接收端接近耦合电容时,信号的完整性优于发送端。 我的理解是,非理想的电容器阻抗是不连续的,信号通过通道衰减反射的能量小于直接反射的能量,所以绝大多数串行链路需要这个AC耦合电容放在接收端。 但也有例外。作者在做板对板连接时遇到了这个问题。PCIE规范发现,如果两个板通常放置在发送端上,此时使用AC耦合电容器的另一个功能是过压保护。 比如说SATA,因此,通常需要靠近连接器。 解决了放置问题,另一个问题是容值的选择。 这样,我们整个串行链路等效的电阻R是固定的,所以AC耦合电容C的选择将与时间常数有关(RC),RC直流分量越大,直流压降越低。 既然这样,AC耦合电容能无限增大吗? 显然不行。 与图3相比,在增加耦合电容后,眼高变低。 原因是高速使电容不理想。 感应电感会产生串联谐振,容值越大,谐振频率越低,AC耦合电容在低频情况下是感性的,因此高频分量衰减增眼高变小,上升沿变慢,相应JITTER也会增大。 通常建议AC耦合电容在0.01uf~0.2uf之间,项目中0.1uf比较常见。 建议使用0402包装。 最后,解决了上述两个问题,然后从PCB设计上分析一下这颗电容的优化设计。 实际上在项目中,和AC与耦合电容器的位置和容量尺寸相比,板本身(包括焊盘的精度、铜箔的均匀性等)以及焊盘中寄生电容器对信号完整性的影响更难以捉摸。 众所周知,高频信号必须沿具有均匀特征阻抗的路径传播。如果阻抗不匹配或不连续,一些信号会反射回发射端,导致信号衰减,影响信号的完整性。 焊盘或板载连接器通常发生在项目中。 笔者最初涉及的高速电路设计时,经常遇到这个问题。 从两个方面解决这个问题。 首先,我们通常在应用中选择高性能的板材选择ROGERS铜箔厚度控制非常准确,铜箔覆盖均匀,大大降低了阻抗的不连续性; 然后,在消除焊盘处的寄生电容器上,行业中常见的方法是在焊盘处进行隔层处理(挖空焊盘正下方的参考平面区域,在内层创建铜填充),通过增加焊盘与其参考平面(或返回路径)之间的距离,减少电容器的不连续性。 在笔者的项目中,介质均匀,铜箔宽度控制准确ROGERS板材还能有效提高焊盘的加工精度。 在笔者的项目中,介质均匀,铜箔宽度控制准确ROGERS板材还能有效提高焊盘的加工精度。 通过模拟对比ROGERS精确隔板处理前后的信号完整性。 对比图5图6,发现未经处理的阻抗跳跃非常明显,隔层处理的阻抗提高了很多,几乎没有阶跃和不连续。 对比图7图8,在用ROGERS板材做隔层处理之后,相比未做隔层处理回波损耗下降到-30dB回波损耗大大降低,信号传输完整。 综上所述,我想在高频电路中搞定这个致命AC耦合电容不仅要做好电路设计的功课,还要选择性能更好的高频PCB板材会让你事半功倍。

电路之间的电感匹配对于高频电路非常重要。电感匹配是指发送端电路的输出阻抗与接收端电路的输入阻抗一致。匹配后,发送端的电源可以最大限度地传输到接收端。 电容器和电感器用于匹配电路,但实际的电容器和电感器不同于理想的部件。表示损失有Q值。Q值越大,电容器和电感器的损耗就越小。

匹配电路中使用的电感器的Q值的大小,对高频电路的损耗也会产生影响。 为了确认此事,我们采用了村田SAW滤波器 (通频带800MHz频段) 和RF电感在匹配电路中更换不同的Q值RF电感、测量和比较SAW滤波器插入损耗。 图9表示电路图。虽然这个电路是匹配电路,但只有一个RF电感器。 图10表示,此次已更换。RF表1表示结构、尺寸、Q值 (800MHz时的Typ.值) ※图10图表是村田提供的设计辅助工具SimSurfing表示的。 更换匹配电路RF电感时的SAW滤波器的整体特性见图11,通频带特性见图12。 从图12的通频带特性来看,可以确认SAW由于使用的滤波器的插入损失RF电感而异。 这种高频电路的损耗越来越重要。 从实验结果可以看出,RFQ值越大 (损失越小) ,SAW滤波器插入损耗越小。 也就是说,电感器损耗的大小包括匹配电路SAW滤波器损失的大小。 请注意,使用的高频元件 (此次为SAW滤波器) 、不同的匹配电路、频段等,损失也会有所不同。 此外,实际电感器的阻抗值为1.0nH、1.1nH、1.2nH不连续值等。 匹配时,有时微调必须采用详细的常数步骤。 同时,阻抗值的偏差 (标准离差) 为了满足必要的特性,有时需要偏差小的电感器。 在村田的电感器中,薄膜型LQP系列最符合常数步骤细致、偏差小的要求。 根据上述情况,有必要SAW滤波器集成电路RF经过对比讨论,选择电感的Q特性、偏差值、尺寸、成本等。 当贴装空间有剩余时,Q高值卷线电感LQW15/LQW04是最佳选择。 另外,当贴装空间有限时,小尺寸0603,Q值高LQP03HQ/LQP03TN_02是最佳选择。

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开关电源优化设计与实例详解全书》< p>

标签: saw电感

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