PCB板去耦電容合理配置

1、PCB板去耦電容合理配置一、PCB板中去耦電容的分類去耦電容在補償集成片或電路板工作電壓跌落時能起到儲能作用。它可以分成整體的、局部的和板間的三種。整體去耦電容又稱旁路電容，它工作于低頻（vlMHz）范圍狀態(tài)，為整個電路板提供一個電流源，補償電路板工作時產生的AI噪聲電流，保證工作電源電壓的穩(wěn)定。它的大小為PCB上所有負載電容和的50100倍。它應放置在緊靠PCB外接電源線和地線的地方，印制線密度很高的地方。這不僅不會減小低頻去耦，而且還會為PCB上布置關鍵性的印制線提供空間。局部去耦電容有兩個作用。第一，出于功能上的考慮：通過電容的充放電使集成片得到的供電電壓比較平穩(wěn)，不會由于電壓的暫時跌落

2、導致集成片功能受到影響；第二，出于EMC考慮：為集成片的瞬變電流提供就近的高頻通道，使電流不至于通過環(huán)路面積較大的供電線路，從而大大減小向外的輻射噪聲。同時由于各集成片擁有自己的高頻通道，相互之間沒有公共阻抗，抑止了其阻抗耦合。局部去耦電容安裝在每個集成片的電源端子和接地端子之間，并盡量靠近集成片。板間去耦電容是指電源面和接地面之間的電容，它是高頻率時去耦電流的主要來源。板間電容可以通過增加電源層和接地層間面積來增大。在PCB中，一些接地面可以布到了電源層，移去這些接地面，用電源隔離區(qū)代之，可以增加板間電容。二、PCB板中去耦電容的大小在直流電源回路中，負載的變化會引起電源噪聲。例如在數字電路

3、中，當電路從一個狀態(tài)轉換為另一種狀態(tài)時，就會在電源線上產生一個很大的尖峰電流，形成瞬變的噪聲電壓。配置去耦電容可以抑制因負載變化而產生的噪聲，是印制電路板的可靠性設計的一種常規(guī)做法，好的高頻去耦電容可以去除高到1GHz的高頻成分。陶瓷片電容或多層陶瓷電容的高頻特性較好。設計印制線路板時，每個集成電路的電源、地之間都要加一個去耦電容。去耦電容有兩個作用：一方面是本集成電路的蓄能電容，提供和吸收該集成電路開門關門瞬間的充放電能；另一方面旁路掉該器件的高頻噪聲。去耦電容的配置原則如下：電源分配濾波電容電源輸入端跨接一個10嚇100嚇的電解電容器，如果印制電路板的位置允許，采用以上的電解電容器的抗干擾

4、效果會更好。lyF,10pF電容，并行共振頻率在20MHz以上，去除高頻率噪聲的效果要好一些。在電源進入印制板的地方和一個lyF或10pF的去高頻電容往往是有利的，即使是用電池供電的系統(tǒng)也需要這種電容。芯片配置去耦電容為每個集成電路芯片配置一個0.01yF的陶瓷電容器。數字電路中典型的去耦電容為0.1/yF的去耦電容有5nH分布電感，它的并行共振頻率在7MHz左右，也就是說對于10MHz以下的噪聲有較好的去耦作用，對40MHz以上的噪聲幾乎不起作用。如遇到印制電路板空間小而裝不下時，可每410個芯片配置一個1yF10yF鉭電解電容器，這種器件的高頻阻抗特別小，在500kHz20MHz范圍內阻抗

5、小于1嚇10嚇而且漏電流很?。?.5yA以下）。去耦電容值的選取并不嚴格，可按C=l/f計算，即10MHz取O.lyF。對微控制器構成的系統(tǒng)，取O.lpFO.OlpF之間都可以。必要時加蓄放電容每10片左右的集成電路要加一片充放電電容，或稱為蓄放電容，電容大小可選10嚇。通常使用的大電容為電解電容，但是在濾波頻率比較高時，最好不用電解電容，電解電容是兩層薄膜卷起來的，這種卷起來的結構在高頻時表現為電感，最好使用鉭電容或聚碳酸酯電容。三、PCB板中合理布置去耦電容（一）電容的等效模型在用電容抑制電磁騷擾和濾波的時候，最容易忽視的問題就是電容引線對濾波效果的影響。電容器的容抗與頻率成反比，正是利用

6、這一特性，將電容并聯(lián)在信號線與地線之間起到對高頻噪聲的旁路作用。然而，在實際工程中，很多人發(fā)現這種方法并不能起到預期濾除噪聲的效果，面對頑固的電磁噪聲束手無策。出現這種情況的一個原因是忽略了電容引線對旁路效果的影響。實際電容器的電路模型如圖4-7所示，它是由等效電感（ESL）、電容和等效電阻（ESR）構成的串聯(lián)網絡。理想電容的阻抗是隨著頻率的升高降低，而實際電容的阻抗是圖6-7所示網絡的阻抗特性，在頻率較低的時候，呈現電容特性，即阻抗隨頻率的增加而降低，在某一點發(fā)生諧振，在這點電容的阻抗等于等效串聯(lián)電阻ESR。在諧振點以上，由于ESL的作用，電容阻抗隨著頻率的升高而增加，這使電容呈現電感的阻抗

7、特性。在諧振點以上，由于電容的阻抗增加，因此對高頻噪聲的旁路作用減弱，甚至消失。所以在布置去耦電容的時候一定要注意電容的分布參數對濾波的影響。（二）電容引線的作用電容的諧振頻率由ESL和C共同決定，電容值或電感值越大，則諧振頻率越低，也就是電容的高頻濾波效果越差。ESL除了與電容器的種類有關外，電容的引線長度是一個十分重要的參數，引線越長，則電感越大，電容的諧振頻率越低。因此在實際工程中，要使電容器的引線盡量短，電容器的正確安裝方法和不正確安裝方法如圖4-8所示。倍號縄圖4仝爲用電窖前安遷畝逹（J濾詭電容正確安裝方法1遞濾電容錯誤安翳灌i根據LC電路串聯(lián)諧振的原理，諧振點不僅與電感有關，還與電

8、容值有關，電容越大，諧振點越低。許多人認為電容器的容值越大，濾波效果越好，這是一種誤解。電容越大對低頻干擾的旁路效果雖然好，但是由于電容在較低的頻率發(fā)生了諧振，阻抗開始隨頻率的升高而增加，因此對高頻噪聲的旁路效果變差，所以在濾波的時候要選取合適的電容。表4-2是不同容量瓷片電容器的自諧振頻率，電容的引線長度是1.6mm。電客值自諧振頻率煩b電容值自諧振頻率/-臧|訕1-735O.imf沖&和閃42.5O.OImf812.6560ff4533(X3pF19.347(層49ISOOpF25.53901VJC；J133：n|眺B資源網表斗電容的諧振頻率盡管從濾除高頻噪聲的角度看，電容的諧振是不希望的

9、，但是電容的諧振并不是總是有害的。當要濾除的噪聲頻率確定時，可以通過調整電容的容量，使諧振點剛好落在騷擾頻率上。（三）溫度對電容的影響溫度對電容的特性也有很大的影響，由于電容器中的介質參數受到溫度變化的影響，因此電容器的電容值也隨著溫度變化。不同的介質隨著溫度變化的規(guī)律不同，有些電容器的容量當溫度升高時會減小70%以上。常用的濾波電容為瓷介質電容。瓷介質電容器有超穩(wěn)定型（如COG或NPO）、穩(wěn)定型（如X7R）以及通用型（如Y5V或Z5U）三種。不同介質的電容器的溫度特性如圖4-9所示。從圖4-9中可以看到，COG電容器的容量幾乎隨溫度沒有變化，X7R電容器的容量在額定工作溫度范圍變化12%以下

10、，YSV電容器的容量在額定工作溫度范圍內變化70%以上。這些特性是必須注意的，否則會出現濾波器在高溫或低溫時性能變化而導致設備產生電磁兼容問題。COG介質電容雖然受溫度影響很小，特性穩(wěn)定，但其介電常數較低，一般在10100,因此當體積較小時，容量較小。XTR介質電容的介電常數高得多，為20004000，因此較小的體積能產生較大的電容。YSV介質電容的介電常數最高，為500025000。通常是用在要求較小的體積，較大的容值的地方。許多人在選用電容器時，片面追求電容器的體積小，這種電容器的介質雖然具有較高的介質常數，但溫度穩(wěn)定性很差，這會導致設備的溫度特性變差。這在選用電容器時要特別注意，尤其是在

11、軍用設備中。（四）PCB板中電壓對電容的影響電容器的電容量不僅隨著溫度變化，還會隨著工作電壓變化，這一點在實際工程必須注意。不同介質材料的電容器的電壓特性如圖6-10所示。從圖中可以看出，X7R電容器在額定電壓狀態(tài)下，其容量降為原始值的70%而YSV電容器的容量降為原始值的30%了解了這個特性,在選用電容時要在電壓或電容量上留出余量，否則在額定工作電壓狀態(tài)下，濾波器會達不到預期的效果。1040電Th*1海J4_10魁容器前曜晡嫌網COG4、i-、760綜合考慮溫度和電壓的影響時，電容的變化如圖4-11所示。所以在濾波電容放置時一定要全面考慮電容的濾波效果，而不是越多越好，越大越好。排除盲目使用電容的誤區(qū)，也排除不使用的觀點。圖4_E電容器的溫度/壓特眞四、PCB板去耦電容合理配置（1）合理布置電源濾波/退耦電容：一般在原理圖中僅畫出若干電源濾波/退耦電容，但未指出它們各自應接于何處。其實這些電容是為開關器件（門電路）或其他需要濾波/退耦的件而設置的，布置這些電容就應盡量靠近這些元部件，離得太遠就沒有作用了。當電源濾波/退耦電容布置的合理時，接地點的問題就顯得不那么明顯。（2）對于噪聲能力弱、關斷時電流變化大的器件和ROM,RAM等存儲型器件，應在芯片的電源線（Vcc）和地線（GND）間直接接入去耦電容。（3）去耦電容的引線不能過長，引線