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技術專題
旁路和去耦電容器放置準則
通常從電源的角度來看電源完整性問題，但是查看IC的輸出同樣重要。去耦電容和旁路電容旨在補償PDN上出現(xiàn)的功率波動，從而確保信號電平一致，并在IC的電源/接地引腳上看到恒定電壓。我們已經(jīng)匯編了一些重要的旁路和去耦電容器放置準則，以幫助您在下一個PCB中成功使用這些組件。
兩個相關的電源完整性問題
去耦電容器和旁路電容器用于解決兩個不同的電源完整性問題。盡管這些電源完整性問題是相關的，但它們以不同的方式表現(xiàn)出來。要注意的第一點是，術語“去耦電容器”和“旁路電容器”在用于電源完整性時是錯誤的。他們不會解耦或繞過任何東西。它們也不會將“噪音”傳遞給地面。它們只是隨時間推移進行充電和放電，以補償噪聲波動。這些術語將這些電容器的功能稱為電源完整性策略的一部分。
首先，考慮去耦電容器。一般說來，去耦電容器的目的是確保電源軌/接地層和接地層之間的電壓保持恒定，以抵抗低頻電源噪聲，PDN上的振鈴以及PDN上的任何其他電壓波動。當放置在電源和接地平面之間時，去耦電容器與這些平面并聯(lián)，這會增加總的PDN電容。實際上，它們補償了平面間電容不足，并降低了PDN阻抗，從而使PDN電壓中的任何振鈴極小化。
現(xiàn)在考慮使用旁路電容器。它們還旨在在PDN和驅(qū)動IC內(nèi)保持恒定電壓，但是它們所補償?shù)碾妷涸谳敵鲆_和PCB接地層之間。盡管它們放置在電源引腳和IC上的接地之間，但它們執(zhí)行的功能是不同的，以防止接地反彈。當數(shù)字IC切換時，鍵合線，封裝和引腳中的寄生電感會導致驅(qū)動器輸出和地之間的電壓增加。旁路電容器輸出的電壓指向與地面反彈電壓相反的位置，理想情況下，使總電壓波動之和為零。
在以上模型中，存在一個閉環(huán)，該閉環(huán)包括旁路電容器（CB）和IC封裝/接地連接上的雜散電感L1。請注意，在輸出引腳和接地層之間測量了接地反彈電壓 V（GB）。其余的電感都是寄生電容，會影響旁路電容器的響應時間以補償接地反彈。在理想模型中，旁路電容器看到的電壓將補償開關期間雜散電感器L1產(chǎn)生的接地反彈電壓。
旁路電容器放置準則
如果您看一下接地反彈的發(fā)生方式，那么應該在哪里放置旁路電容器應該很明顯。由于上述電路模型中的寄生電感，應將旁路電容器放置在盡可能靠近電源和接地引腳的位置，以極大程度地減小這些電感。這與您在許多應用筆記和組件數(shù)據(jù)手冊中找到的建議是一致的。
關于寄生電感，還有一個方面需要考慮，那就是如何將連接路由到IC。您應該通過過孔將電容器直接連接到接地層和電源層，而不是從電容器到IC引腳走一條短走線。確保符合此布置中的焊盤和走線間距要求。
為什么會這樣呢？原因是接地/電源平面布置（只要這些平面位于相鄰層中）將具有非常低的寄生電感。實際上，這是電路板上寄生電感的最低來源。如果您可以將旁路電容器放在電路板的底部，則可以實現(xiàn)更好的布置。
去耦電容器放置準則
確定PDN中所需的去耦電容器的尺寸后，需要將其放置在某處，以確保它可以補償輸入電壓波動。實際上，最好使用多個去耦電容器，因為它們將并聯(lián)排列，并且并聯(lián)排列將提供較低的有效串聯(lián)電感。
較早的準則會指出，您可以在板上的任何地方放置去耦電容器。但是，請注意這一點，因為這會增加去耦電容器和目標IC之間的寄生電感，從而增加PDN阻抗和對EMI的敏感性。相反，對于具有快速邊沿速率的IC，應將去耦電容器放置在靠近目標IC的位置。下圖顯示了IC附近的典型旁路和去耦電容器布置。這是高速電路的一種很好配置，因為對于所有信號路徑，電容器和IC之間的寄生電感非常低。
小心建模PDN阻抗
請記住，PDN阻抗決定了PDN上任何瞬態(tài)電壓振鈴的大小（在電源和地之間測得）。但是，旁路電容器也連接在電源和地之間，因此它們也是PDN的一部分！旁路和去耦電容器以及寄生電容和電感將共同決定PDN的阻抗譜，從而形成復雜的諧振和反諧振結構。
雖然您可以在線找到一些PDN優(yōu)化工具，但它們假定所有寄生電路元素均為零，這與實際情況不符。在電路模型中，如何布置去耦/旁路電容器（小到大或大到小）都無關緊要。在實際布局中，寄生因素很重要（如上所述），特別是對于高速/低電平IC。