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電容的容值選擇及Fanout設(shè)計(上)-PCB設(shè)計的十大誤區(qū)

發(fā)布時間:2015-04-01 來源:吳均 一博科技 責任編輯:sherry

【導讀】之前介紹了電源設(shè)計不需要強制從濾波電容進入到芯片管腳,也討論了在多層板設(shè)計的時候,電容傾向于呈現(xiàn)“全局特性”,電容的位置不再是那么重要。濾波電容的容值選擇非常重要,我們該如何選擇濾波電容設(shè)計。
 
高速先生們本來不是網(wǎng)絡(luò)潮人,不過自從堅持更新自媒體之后,大家都自覺開始追逐網(wǎng)絡(luò)熱點。為了文章能夠緊跟時代潮流,從而吸引粉絲大神們的視線,高速先生也都是蠻拼的。
 
話說羊年春節(jié)之后,熱點話題不斷。等到柴女神的視頻一出,立馬一統(tǒng)微信微博,其他話題全部靠邊。其實更喜歡視頻出來當天的網(wǎng)絡(luò)氛圍,大家呈現(xiàn)一片正能量,摩拳擦掌,準備大戰(zhàn)霧霾。但是第二天出現(xiàn)了太多不和諧,話題被引向了口水與八卦,實在讓人痛心。
 
我們的話題還是回歸電源噪聲設(shè)計。其實想想噪聲是不是也很像霧霾,我們對之深惡痛絕,但是卻無法根除。并且隨著用電需求增加,噪聲會變得更加嚴重。我們解決電源噪聲問題,也是要從根源出發(fā)(洗煤,提升油品質(zhì)量),需要提升電源輸出的質(zhì)量,同時增加濾波手段(汽車尾氣排放裝置,加油槍過濾裝置)
 
言歸正傳,我們之前的話題說到:濾波電容設(shè)計,在多層板時代,電容傾向于呈現(xiàn)“全局特性”,電容的位置不再是那么重要;并且電源設(shè)計不需要強制從濾波電容進入到芯片管腳。那么問題來了,什么才是濾波電容設(shè)計的關(guān)鍵點。
 
關(guān)鍵點其實是濾波電容本身,我們需要關(guān)注濾波電容的容值選擇,進而關(guān)注電容的品牌、型號及參數(shù)。圖1是研究濾波電容最基礎(chǔ)的理論,本章我們會從最簡單的電容特性及電容并聯(lián)開始介紹,相對比較基礎(chǔ),資深工程師可以暫時回避,下期再見。
圖1
 
單個電容的阻抗曲線,我們需要關(guān)注兩個參數(shù),ESR(等效寄生電阻)和ESL(等效寄生電感)。我們平常比較關(guān)心ESL,ESL加上安裝電感,和電容的容值構(gòu)成LC諧振,電感越大,諧振頻率往低頻偏移。諧振頻率之后,電容曲線呈現(xiàn)感性,也就是說諧振頻率往低頻偏移的同時,電容的效果變差。
 
平常對ESR的關(guān)注不多,其實ESR也是非常關(guān)鍵的一個參數(shù)。不少人對ESR會有一些誤解。首先,ESR不是一個常數(shù),是隨著頻率而變化的。圖1的Murata工具里面看到的串聯(lián)電阻(Series Resistance )值,不是我們常規(guī)理解的諧振頻率點的ESR,后面的等效電路仿真的時候需要注意這個細節(jié)。圖2是這個電容的ESR隨頻率變化的曲線。諧振頻率點的ESR值,決定了電容阻抗曲線的最低點。這個值在電容設(shè)計的時候也非常重要,一般來說,小尺寸封裝的小電容,諧振頻率點的ESR值一般較大。
圖2
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接著,我們來看看電容的并聯(lián),先暫時忽略安裝電感,后面再單獨介紹安裝電感的設(shè)計細節(jié)。同種類電容的并聯(lián)如圖3所示,諧振頻率點不變,但是諧振頻率處的ESR會形成電阻并聯(lián)??梢哉J為同一種類電容加的數(shù)量越多,電容并聯(lián)之后,諧振頻率點的阻抗越低。
不同種類電容的并聯(lián)如圖4所示,兩種電容并聯(lián),會出現(xiàn)兩個諧振頻率點。同時還會出現(xiàn)一個反諧振頻率點,這個反諧振頻率是電容設(shè)計的難點之一。
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