在设计PCB大多数有经验的工程师会说,PCB走线不要走直角,走线一定要短,电容一定要放在附近等等。但是为什么去耦电容就近摆放呢?因为它有一个有效的半径,如果放得远,就会失效。电容器去耦的一个重要问题是电容器的去耦半径。大多数数数据都提到电容应该尽可能靠近芯片,大部分数据都是从减少电路电感的角度来谈这个距离。的确,减少电感是一个重要原因,但大多数数数据都没有提到另一个重要原因,即电容器去耦半径。如果电容器离芯片太远,超过其去耦半径,电容器将失去其去耦效果。理解去耦半径最好的办法就是考察噪声源和电容补偿电流之间的相位关系。当芯片对电流的需求发生变化时,电压扰动会在电源平面的小局部区域产生。如果电容器想要补偿电流(或电压),则必须首先感知电压扰动。信号在介质中传播需要一定的时间,因此从局部电压扰动到电容感知的时间延迟。同样,电容的补偿电流也需要延迟到达扰动区。因此,噪声源与电容补偿电流之间的相位不一致是必然的。因此,当扰动区与电容之间的距离达到时,补偿电流的相位为,与噪声源相位正好相差180度,即完全相反。此时,补偿电流不再工作,去耦失效,补偿能量法及时送达。为了有效地传递补偿能量,噪声源与补偿电流的相位差应尽可能小,最好是相位。距离越近,相位差越小,补偿能量传递越多。如果距离为0,补偿能量将100%传递到扰动区。这就要求噪声源尽可能靠近电容器,远小于。在实际应用中,最好控制这个距离<!--[endif]-->这是经验数据。
让我们用一个实际案例来解释电路板上小电容器的位置和去耦半径德计算。实例如下:0.001uF如果安装在电路板上,陶瓷电容器的总寄生电感为1.6nH,安装后的谐振频率为125.8MHz,谐振周期为7.95ps。假设信号在电路板上的传输速度为166ps/inch,则波长为47.9英寸。去耦半径为47.9/50=0.958英寸等于2.4厘米。本例中的电容只能对它周围2.补偿4cm范围内的电源噪声,即其去耦半径2.4厘米。不同的电容,不同的谐振频率,不同的去耦半径。对于大电容器,由于其谐振频率很低,相应的波长很长,所以去耦半径很大,这就是为什么我们不太注意大电容器在电路板上的位置。对于小电容器,由于去耦半径很小,应尽可能靠近需要去耦的芯片,这在大多数数数据中都会反复强调。小电容器应尽可能靠近芯片。
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