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[技术交流] 电容去耦半径

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发表于 2020-6-12 10:51:32 | 显示全部楼层 |阅读模式
                      电容去耦半径
   我们在放置去耦电容的时候经常提到:小电容要尽可能的靠近芯片管脚。这是因为电容存在去耦半径的原因,
PCB中电容和管脚之间的距离只有在电容去耦半径以内,电容才能起到去耦的作用。
   理解去耦半径最好的办法就是考察噪声源和电容补偿电流之间的相位关系。当芯片对电流的需求发生变化时,
会在电源平面的一个很小的局部区域内产生电压扰动即电压噪声,电容要补偿这一电流(或电压),就必须先
感知到这个电压扰动。信号在介质中传播需要一定的时间,因此从发生局部电压扰动到电容感知到这一扰动之间有
一个时间延迟。同样,电容的补偿电流到达扰动区也需要一个延迟。因此必然造成噪声源和电容补偿电流之间的相
位上的不一致。特定的电容对与它自谐振频率相同的噪声补偿效果最好,我们以这个频率来衡量这种相位关系。
   只有当电容的补偿电流到扰动时,扰动电流和补偿电流符号相反时,才有补偿作用,否则两者叠加,则会
加强噪声。当扰动区到电容的距离达到λ/4时,补偿电流的相位和噪声源相位刚好差180度,即完全反相。补偿的能
量无法及时送达此时补偿电流不再起作用,去耦作用失效。为了能有效传递补偿能量,应使噪声源和补偿电流的
相位差尽可能的小,最好是同相位的。距离越近,相位差越小,补偿能量传递越多,如果距离为0容补偿和扰
动的相位完全相同,幅值相反,可以100%的补偿。这就要求噪声源距离电容尽可能的近,要远小于λ/4实际应
用中,这一距离最好控制在(λ/40 -λ/50)之间
   假设有一个1nF电容,其在PCB上安装电感以及其寄生电感感值总和为2nH,可以计算器谐振频率为112.5MHz
T=8.9nS;假设信号在介质中的传播速度为v=0.006in/ps。可以计算其波长为53.4in,当取1/50波长时,滤波半径约
1.07inch=2.7cm本例中的电容只能对它周围2.7厘米范围内的电源噪声进行补偿,即它的去耦半径2.7厘米。不
同的电容,谐振频率不同,去耦半径也不同。对于大电容,因为其谐振频率很低,对应的波长非常长,因而去耦半
径很大,这也是为什么我们不太关注大电容在电路板上放置位置的原因。对于小电容,因去耦半径很小,应尽可能
的靠近需要去耦的芯片让去耦效果尽可能的更好。
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