電容的容值選擇及Fanout設計(上)-PCB設計的十大誤區
發布時間:2015-04-01 來源:吳均 一博科技 責任編輯:sherry
【導讀】之前介紹了電源設計不需要強製從濾波電容進入到芯片管腳,也討論了在多層板設計的時候,電容傾向於呈現“全局特性”,電容的位置不再是那麼重要。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計。
高(gao)速(su)先(xian)生(sheng)們(men)本(ben)來(lai)不(bu)是(shi)網(wang)絡(luo)潮(chao)人(ren),不(bu)過(guo)自(zi)從(cong)堅(jian)持(chi)更(geng)新(xin)自(zi)媒(mei)體(ti)之(zhi)後(hou),大(da)家(jia)都(dou)自(zi)覺(jiao)開(kai)始(shi)追(zhui)逐(zhu)網(wang)絡(luo)熱(re)點(dian)。為(wei)了(le)文(wen)章(zhang)能(neng)夠(gou)緊(jin)跟(gen)時(shi)代(dai)潮(chao)流(liu),從(cong)而(er)吸(xi)引(yin)粉(fen)絲(si)大(da)神(shen)們(men)的(de)視(shi)線(xian),高(gao)速(su)先(xian)生(sheng)也(ye)都(dou)是(shi)蠻(man)拚(pin)的(de)。
話(hua)說(shuo)羊(yang)年(nian)春(chun)節(jie)之(zhi)後(hou),熱(re)點(dian)話(hua)題(ti)不(bu)斷(duan)。等(deng)到(dao)柴(chai)女(nv)神(shen)的(de)視(shi)頻(pin)一(yi)出(chu),立(li)馬(ma)一(yi)統(tong)微(wei)信(xin)微(wei)博(bo),其(qi)他(ta)話(hua)題(ti)全(quan)部(bu)靠(kao)邊(bian)。其(qi)實(shi)更(geng)喜(xi)歡(huan)視(shi)頻(pin)出(chu)來(lai)當(dang)天(tian)的(de)網(wang)絡(luo)氛(fen)圍(wei),大(da)家(jia)呈(cheng)現(xian)一(yi)片(pian)正(zheng)能(neng)量(liang),摩(mo)拳(quan)擦(ca)掌(zhang),準(zhun)備(bei)大(da)戰(zhan)霧(wu)霾(mai)。但(dan)是(shi)第(di)二(er)天(tian)出(chu)現(xian)了(le)太(tai)多(duo)不(bu)和(he)諧(xie),話(hua)題(ti)被(bei)引(yin)向(xiang)了(le)口(kou)水(shui)與(yu)八(ba)卦(gua),實(shi)在(zai)讓(rang)人(ren)痛(tong)心(xin)。
womendehuatihaishihuiguidianyuanzaoshengsheji。qishixiangxiangzaoshengshibushiyehenxiangwumai,womenduizhishenetongjue,danshiquewufagenchu。bingqiesuizheyongdianxuqiuzengjia,zaoshenghuibiandegengjiayanzhong。womenjiejuedianyuanzaoshengwenti,yeshiyaoconggenyuanchufa(洗煤,提升油品質量),需要提升電源輸出的質量,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:濾波電容設計,在多層板時代,電容傾向於呈現“全局特性”,電容的位置不再是那麼重要;並且電源設計不需要強製從濾波電容進入到芯片管腳。那麼問題來了,什麼才是濾波電容設計的關鍵點。
關鍵點其實是濾波電容本身,我們需要關注濾波電容的容值選擇,進而關注電容的品牌、型號及參數。圖1是shi研yan究jiu濾lv波bo電dian容rong最zui基ji礎chu的de理li論lun,本ben章zhang我wo們men會hui從cong最zui簡jian單dan的de電dian容rong特te性xing及ji電dian容rong並bing聯lian開kai始shi介jie紹shao,相xiang對dui比bi較jiao基ji礎chu,資zi深shen工gong程cheng師shi可ke以yi暫zan時shi回hui避bi,下xia期qi再zai見jian。

圖1
單個電容的阻抗曲線,我們需要關注兩個參數,ESR(等效寄生電阻)和ESL(等效寄生電感)。我們平常比較關心ESL,ESL加上安裝電感,和電容的容值構成LC諧振,電感越大,諧振頻率往低頻偏移。諧振頻率之後,電容曲線呈現感性,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的關注不多,其實ESR也是非常關鍵的一個參數。不少人對ESR會有一些誤解。首先,ESR不是一個常數,是隨著頻率而變化的。圖1的Murata工具裏麵看到的串聯電阻(Series Resistance )值,不是我們常規理解的諧振頻率點的ESR,後麵的等效電路仿真的時候需要注意這個細節。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,我們來看看電容的並聯,先暫時忽略安裝電感,後麵再單獨介紹安裝電感的設計細節。同種類電容的並聯如圖3所示,諧振頻率點不變,但是諧振頻率處的ESR會形成電阻並聯。可以認為同一種類電容加的數量越多,電容並聯之後,諧振頻率點的阻抗越低。

不同種類電容的並聯如圖4所示,兩種電容並聯,會出現兩個諧振頻率點。同時還會出現一個反諧振頻率點,這個反諧振頻率是電容設計的難點之一。

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