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如何通過電源去耦來保持電源進(jìn)入集成電路(IC)的各點(diǎn)的低阻抗?

作者: 時(shí)間:2018-11-08 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  ? 適當(dāng)?shù)木植?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/去耦">去耦在PCB上是必不可少的

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201811/394038.htm

  典型的4層PCB通常設(shè)計(jì)為接地層、電源層、頂部信號層和底部信號層。表面貼裝的接地引腳通過引腳上的過孔直接連接到接地層,從而最大限度地減少接地連接中的無用阻抗。

  電源軌通常位于電源層,并且路由到的各種電源引腳。顯示電源和接地連接的簡單模型如圖2所示。


  圖2. 顯示走線阻抗和局部電容的IC模型

  IC內(nèi)產(chǎn)生的電流表示為IT。流過走線阻抗Z的電流產(chǎn)生電源電壓VS的變化。如上所述,根據(jù)IC的PSR,這會產(chǎn)生各種類型的性能降低。

  通過使用盡可能短的連接,將適當(dāng)類型的局部電容直接連接到電源引腳和接地層之間,可以最大限度地降低對功率噪聲和紋波的靈敏度。去耦電容用作瞬態(tài)電流的電荷庫,并將其直接分流到地,從而在IC上保持恒定的電源電壓。雖然回路電流路徑通過接地層,但由于接地層阻抗較低,回路電流一般不會產(chǎn)生明顯的誤差電壓。

  圖3顯示了高頻去耦電容必須盡可能靠近芯片的情況。否則,連接走線的電感將對去耦的有效性產(chǎn)生不利影響。


  圖3. 高頻去耦電容的正確和錯誤放置

  圖3左側(cè),電源引腳和接地連接都可能短,所以是最有效的配置。然而在圖3右側(cè)中,PCB走線內(nèi)的額外電感和電阻將造成去耦方案的有效性降低,且增加封閉環(huán)路可能造成干擾問題。

  ? 選擇正確類型的去耦電容

  低頻噪聲去耦通常需要用電解電容(典型值為1μF至100μF),以此作為低頻瞬態(tài)電流的電荷庫。將低電感表面貼裝陶瓷電容(典型值為0.01μF至0.1μF)直接連接到IC電源引腳,可最大程度地抑制高頻電源噪聲。所有去耦電容必須直接連接到低電感接地層才有效。此連接需要短走線或過孔,以便將額外串聯(lián)電感降至最低。

  大多數(shù)IC數(shù)據(jù)手冊在應(yīng)用部分說明了推薦的電源去耦電路,用戶應(yīng)始終遵循這些建議,以確保器件正常工作。

  鐵氧體磁珠(以鎳、鋅、錳的氧化物或其他化合物制造的絕緣陶瓷)也可用于在電源濾波器中去耦。鐵氧體在低頻下(<100kHz)為感性—因此對低通LC去耦濾波器有用。100kHz以上,鐵氧體成阻性(低Q)。鐵氧體阻抗與材料、工作頻率范圍、直流偏置電流、匝數(shù)、尺寸、形狀和溫度成函數(shù)關(guān)系。

  鐵氧體磁珠并非始終必要,但可以增強(qiáng)高頻噪聲隔離和去耦,通常較為有利。這里可能需要驗(yàn)證磁珠永遠(yuǎn)不會飽和,特別是在運(yùn)算放大器驅(qū)動高輸出電流時(shí)。當(dāng)鐵氧體飽和時(shí),它就會變?yōu)榉蔷€性,失去濾波特性。

  請注意,某些鐵氧體甚至可能在完全飽和前就是非線性。因此,如果需要功率級,以低失真輸出工作,當(dāng)原型在此飽和區(qū)域附近工作時(shí),應(yīng)檢查其中的鐵氧體。典型鐵氧體磁珠阻抗如圖4所示。


  圖4. 鐵氧體磁珠的阻抗

  在為去耦應(yīng)用選擇合適的類型時(shí),需要仔細(xì)考慮由于寄生電阻和電感產(chǎn)生的非理想電容性能。


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