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多層電路板中旁路電容的寄生串聯電感

PCB線路板打樣 ? 來源:LONG ? 2019-08-08 10:28 ? 次閱讀

您可以估算具有固態電源和接地層的多層電路板中旁路電容的寄生串聯電感。由于芯片布局,使用電感 L 1 的近似值(圖1,綠色)陰影區域)。然后,假設您已將芯片和旁路電容直接連接到平面,請使用電感的近似值 L 2 由在平面之間捕獲的磁通量(藍色區域)表示。最后,您可能需要考慮芯片封裝本身的電感 L 3 (紅色區域)。單片陶瓷電容器結構的內部細節對總電感的影響很小。

芯片封裝電感(紅色區域)是零件中最不麻煩的。考慮到芯片的電源和接地引腳作為噪聲源,該電源的阻抗遠大于電路板上電源和地之間的阻抗。 (如果不是這樣,你的電路板就會產生很多電源噪聲而不會起作用。)因此,芯片往往充當固定的電流源,與 L 3 。換句話說, L 3 會影響芯片的電源和接地反彈但不是耦合到電源和接地層的噪聲。

芯片電源電流流過阻抗 L 2 和 L 1 生成大部分高頻電源和地平面噪聲來自圖1中的結構。旁路電容控制的頻率范圍內的電源和地平面噪聲因此與 L 2 + L 1 。計算 L 2 (藍色區域),假設在平面之間生成場強由于單個通道的直徑 D 與距離成反比并且與高度無關,請使用 L 2 =(μ 0 /p)( H 2 )ln(2 S 2 / D )。使用 H 2 (英寸),數量μ 0 /p等于10.16 nH。

L 1 計算(綠色區域)首先劃分為由于電容器主體和焊盤引起的電感,然后由于過孔而將器件分開。主體,表面安裝焊盤和通孔焊盤的組合(假設通孔直接卡在安裝焊盤上)包括類似于傳輸線的長而寬的結構。例如,0603安裝結構大約30密耳寬,120密耳長(通過中心到通路中心),坐在某個高度, H 1 ,位于最近的實心參考平面上方。給定特征阻抗 Z 0 ,對于具有此寬度和高度的結構,時間延遲, T,對應于它的長度,您可以近似歸因于身體和襯墊(忽略末端的邊緣場)的歸納貢獻為 L 1 (body)= Z 0 ' T 。您可以使用任何普通的傳輸線計算器來近似 Z 0 和 T 。接下來,假設通孔代表微小的電流元件,使用集成在藍色區域上的Biot-Savart定律近似于端部的過孔的歸納貢獻。結果是 L 1 (vias)=(μ 0 /2p)'( H 1 2 )(2/ D -1/ S 1 )。添加兩個貢獻以查找總數, L 1 。僅當 S 大于 D 時,此近似才有效。

圖1以圖形方式描繪了0603布局的計算,其中通孔卡在電容器安裝焊盤上。該圖顯示了總電感 L 1 與高度的關系。假設焊盤寬度為30密耳,總結構長度(通過中心到通孔中心)為125密耳,通孔直徑為12密耳。 x標記顯示實際測量結果。假設 L 2 的值-em“> S 2 = 0.500且 H 2 = 0.005是0.22nH。兩者 L 1 和 L 2 隨高度變化很大。

如果將電容器安裝在電路板的背面,則必須對各種電感 L 2A , L 2B ,以及其他(黃色區域),因此說明了背面安裝的缺點。

如果必須使用痕跡將電容器過孔連接到電容器安裝焊盤,將這些走線的電感加到 L 1 。大約10 nH/in。對于典型的印制電路板走線,額外的走線電感很快就會增加。例如,0.050英寸。標準0603組件每端的長跡線為完成的布局電感增加了大約1 nH,大大提高了 L 1 。

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