电容在PCB的作用是什么?我们应该怎么放置是最优方法,那BGA电容怎么放置,才能起到很好的作用 Allegro,pads,PCB电路板设计,硬件及芯片资料分享—小北设计

电容在PCB的作用是什么?我们应该怎么放置是最优方法

PCB设计知识 by 便件设计

BGA类供电电源的种类繁多,所以很多时候需要在一个电源平面上布置多个电平的电源。当在一个平面上布置多个电源时,需要进行电源平面的分割。进行电源平面分割时,为保证电源平面与地平面形成电容平面,进行有效的耦合,应尽可能使各个电源平面的边界形状规则,面积尽可能大

,在PCB电源平面的分割。电源平面的分割方式要简洁合理,分割区域的大小满足载流能力。因为不同电压平面之间有一定的爬电距离,所以同一电源平面内,相邻的不同压值的电源平面电压值差值越大,爬电距离越大。正确的分割线宽度一般应大于0.2mm(8mii),像BGAIC,区域小的分割线需特殊考虑,如BGA内部,一般推荐:1.27mmBGA引脚间距的分割线宽度习0.635mm;1.0mmBGA引脚间距的分割线宽度>0.508mm25mil;0.8mmBGA引脚间距的分割线宽度乡0.254mm10mil;0.5mmBGA引脚间距的分割线宽度>0.2032mm(8mil)

PCB的设计中,去耦电容的合理使用(包含电容的类型、数量和PCB上布局的位置)能够有效滤除电源中包含的噪声,达到电源完整性设计的目标。

 PCB上去耦电容的种类包含铝电解电容、固态电容、钽电容和陶瓷电容等;根据封装的大小可分为C1206、C0805、C0603、C0402和C01005等。电容的去耦根据摆放位置及IC封装可以分为电源引脚去耦和电源平面去耦。电容的摆放位置是根据电容的容值大小确定的。因为电容的去耦作用是有一定的距离要求的,即去耦半径问题,所以如果电容距离IC的摆放距离超出电

容的去耦半径,则电容将失去去耦的作用。大电容的去耦半径大,小电容的去耦半径小,因此小电容应距离IC的供电引脚尽可能近,大电容距离IC的供电引脚可适当远些。电容的去耦是电容对IC瞬态电流需求的补偿,电容要对IC所需要的瞬态电流进行补偿就必须感知这一需求。由电容的谐振特性知道,当所需补偿的瞬态电流的频率与电容的谐振频率一致时,电容的去耦效果最好。根据波动特性,当去耦电容与IC供电需求之间的距离小于λ/4时,去耦电容能够较好地补偿IC所需要的瞬态电流,在实际应用中,去耦电容与IC供电引脚之间的距离最好控制在λ/40λ/50”。由电容的谐振频率特性知小容量小封装电容的谐振频率高,相应的波长短,大容量大封装电容的谐振频率低,相应的波长长,因此小电容容量的去耦半径小于大电容容量的去耦半径。

对于电容的安装,首先要提到的就是安装距离。容值最小的电容,有最高的谐振频率,去耦半径最小,因此放在最靠近芯片的位置。容值稍大些的可以距离稍远,最外层放置容值最大的。但是,所有对该芯片去耦的电容都尽量靠近芯片.

还有一点要注意,在放置时,最好均匀分布在芯片的四周,对每一个容值等级都要这样。通常芯片在设计的时候就考虑到了电源和地引脚的排列位置,一般都是均匀分布在芯片的四个边上的。因此,电压扰动在芯片的四周都存在,去耦也必须对整个芯片所在区域均匀去耦。

电容在PCB的作用是什么?我们应该怎么放置是最优方法

在安装电容时,要从焊盘拉出一小段引出线,然后通过过孔和电源平面连接接地端也是同样。这样流经电容的电流回路为电源平面->过孔->引出线->焊盘->电容->焊盘->引出线->过孔->地平面,

放置过孔的基本原则就是让这一环路面积最小,进而使总的寄生电感最小。下面有几种过孔放置方法。下面小北分析下电容过孔  出的方式

电容在PCB的作用是什么?我们应该怎么放置是最优方法

第一种方法从焊盘引出很长的引出线然后连接过孔,这会引入很大的寄生电感,一定要避免这样做,这时最糟糕的安装方式。

第二种方法在焊盘的两个端点紧邻焊盘打孔,比第一种方法路面积小得多,寄生电感也较小,可以接受。

第三种在焊盘侧面打孔,进一步减小了回路面积,寄生电感比第二种更小,是比较好的方法。

第四种在焊盘两侧都打孔,和第三种方法相比,相当于电容每一端都是通过过孔的并联接入电源平面和地平面,比第三种寄生电感更小,只要空间允许,尽量用这种方法。

第五种方法在焊盘上直接打孔,寄生电感最小,但是焊接是可能会出现问题,是否使用要看加工能力和方式。

推荐使用第三种和第四种方法。

需要强调一点:有些工程师为了节省空间,有时让多个电容使用公共过孔。任何情况下都不要这样做。尽量想办法优化电容组合的设计,减少电容数量。

由于印制线越宽,电感越小,从焊盘到过孔的引出线尽量加宽,如果可能,尽量和焊盘宽度相同。这样即使是0402封装的电容,你也可以使用20mil宽的引出线。

去耦电容一般作如下作用:

1)去旁路器件的高频噪声(在电源和地之间为高频噪声提供低阻抗通路)。一般而言,工作频率越高,电容值越大,则电容的阻抗越小。

2)作ic的储能电容,利用电容充放电原理提供和吸收该ic开门关门瞬间的充放电能

在实际应用中,数字电路中典型的0.1uf去耦电容有5nh的分布电感,并行共振频率约为7mhz(只对此频率一下的噪声有较好的去耦作用)。而1uf10uf的电容,平行共振频在20mhz以上,去除高频噪声的效果要好些。在电源进入印制板的地方放置一个1uf10uf的高频去耦电容往往是有利的,即使是电池供电的系统也需要这种电容。

去藕电容就是起到一个电池的作用,满足驱动电路电流的变化,避免相互间的耦合干扰。

旁路电容实际也是去藕合的,只是旁路电容一般是指高频旁路,也就是给高频的开关噪声提高一条低阻抗泄防途径。高频旁路电容一般比较小,根据谐振频率一般是0.1u0.01u等,而去耦合电容一般比较大,是10u或者更大,依据电路中分布参数,以及驱动电流的变化大小来确定

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