旁路和去耦電(diàn)容器放置准则

2020-04-23

通常从電(diàn)源的角度来看電(diàn)源完整性问题，但是查看IC的输出同样重要。去耦電(diàn)容和旁路電(diàn)容旨在补偿PDN上出现的功率波动，从而确保信号電(diàn)平一致，并在IC的電(diàn)源/接地引脚上看到恒定電(diàn)压。我们已经汇编了一些重要的旁路和去耦電(diàn)容器放置准则，以帮助您在下一个PCB中成功使用(yòng)这些组件。

两个相关的電(diàn)源完整性问题

去耦電(diàn)容器和旁路電(diàn)容器用(yòng)于解决两个不同的電(diàn)源完整性问题。尽管这些電(diàn)源完整性问题是相关的，但它们以不同的方式表现出来。要注意的第一点是，术语“去耦電(diàn)容器”和“旁路電(diàn)容器”在用(yòng)于電(diàn)源完整性时是错误的。他(tā)们不会解耦或绕过任何东西。它们也不会将“噪音”传递给地面。它们只是随时间推移进行充電(diàn)和放電(diàn)，以补偿噪声波动。这些术语将这些電(diàn)容器的功能(néng)称為(wèi)電(diàn)源完整性策略的一部分(fēn)。

首先，考虑去耦電(diàn)容器。一般说来，去耦電(diàn)容器的目的是确保電(diàn)源轨/接地层和接地层之间的電(diàn)压保持恒定，以抵抗低频電(diàn)源噪声，PDN上的振铃以及PDN上的任何其他(tā)電(diàn)压波动。当放置在電(diàn)源和接地平面之间时，去耦電(diàn)容器与这些平面并联，这会增加总的PDN電(diàn)容。实际上，它们补偿了平面间電(diàn)容不足，并降低了PDN阻抗，从而使PDN電(diàn)压中的任何振铃极小(xiǎo)化。

现在考虑使用(yòng)旁路電(diàn)容器。它们还旨在在PDN和驱动IC内保持恒定電(diàn)压，但是它们所补偿的電(diàn)压在输出引脚和PCB接地层之间。尽管它们放置在電(diàn)源引脚和IC上的接地之间，但它们执行的功能(néng)是不同的，以防止接地反弹。当数字IC切换时，键合線(xiàn)，封装和引脚中的寄生電(diàn)感会导致驱动器输出和地之间的電(diàn)压增加。旁路電(diàn)容器输出的電(diàn)压指向与地面反弹電(diàn)压相反的位置，理(lǐ)想情况下，使总電(diàn)压波动之和為(wèi)零。

在以上模型中，存在一个闭环，该闭环包括旁路電(diàn)容器（CB）和IC封装/接地连接上的杂散電(diàn)感L1。请注意，在输出引脚和接地层之间测量了接地反弹電(diàn)压 V（GB）。其余的電(diàn)感都是寄生電(diàn)容，会影响旁路電(diàn)容器的响应时间以补偿接地反弹。在理(lǐ)想模型中，旁路電(diàn)容器看到的電(diàn)压将补偿开关期间杂散電(diàn)感器L1产生的接地反弹電(diàn)压。

旁路電(diàn)容器放置准则

如果您看一下接地反弹的发生方式，那么应该在哪里放置旁路電(diàn)容器应该很(hěn)明显。由于上述電(diàn)路模型中的寄生電(diàn)感，应将旁路電(diàn)容器放置在尽可(kě)能(néng)靠近電(diàn)源和接地引脚的位置，以极大程度地减小(xiǎo)这些電(diàn)感。这与您在许多(duō)应用(yòng)筆(bǐ)记和组件数据手册中找到的建议是一致的。

关于寄生電(diàn)感，还有(yǒu)一个方面需要考虑，那就是如何将连接路由到IC。您应该通过过孔将電(diàn)容器直接连接到接地层和電(diàn)源层，而不是从電(diàn)容器到IC引脚走一条短走線(xiàn)。确保符合此布置中的焊盘和走線(xiàn)间距要求。

為(wèi)什么会这样呢(ne)？原因是接地/電(diàn)源平面布置（只要这些平面位于相邻层中）将具有(yǒu)非常低的寄生電(diàn)感。实际上，这是電(diàn)路板上寄生電(diàn)感的最低来源。如果您可(kě)以将旁路電(diàn)容器放在電(diàn)路板的底部，则可(kě)以实现更好的布置。

去耦電(diàn)容器放置准则

确定PDN中所需的去耦電(diàn)容器的尺寸后，需要将其放置在某处，以确保它可(kě)以补偿输入電(diàn)压波动。实际上，最好使用(yòng)多(duō)个去耦電(diàn)容器，因為(wèi)它们将并联排列，并且并联排列将提供较低的有(yǒu)效串联電(diàn)感。

较早的准则会指出，您可(kě)以在板上的任何地方放置去耦電(diàn)容器。但是，请注意这一点，因為(wèi)这会增加去耦電(diàn)容器和目标IC之间的寄生電(diàn)感，从而增加PDN阻抗和对EMI的敏感性。相反，对于具有(yǒu)快速边沿速率的IC，应将去耦電(diàn)容器放置在靠近目标IC的位置。下图显示了IC附近的典型旁路和去耦電(diàn)容器布置。这是高速電(diàn)路的一种很(hěn)好配置，因為(wèi)对于所有(yǒu)信号路径，電(diàn)容器和IC之间的寄生電(diàn)感非常低。

小(xiǎo)心建模PDN阻抗

请记住，PDN阻抗决定了PDN上任何瞬态電(diàn)压振铃的大小(xiǎo)（在電(diàn)源和地之间测得）。但是，旁路電(diàn)容器也连接在電(diàn)源和地之间，因此它们也是PDN的一部分(fēn)！旁路和去耦電(diàn)容器以及寄生電(diàn)容和電(diàn)感将共同决定PDN的阻抗谱，从而形成复杂的谐振和反谐振结构。

虽然您可(kě)以在線(xiàn)找到一些PDN优化工具，但它们假定所有(yǒu)寄生電(diàn)路元素均為(wèi)零，这与实际情况不符。在電(diàn)路模型中，如何布置去耦/旁路電(diàn)容器（小(xiǎo)到大或大到小(xiǎo)）都无关紧要。在实际布局中，寄生因素很(hěn)重要（如上所述），特别是对于高速/低電(diàn)平IC。