Technologie PCB - Disposition de PCB et installation de condensateurs de découplage

La formation du courant de pic:

L'ampleur du courant tiré de l'alimentation lorsque le circuit numérique sort à haut niveau est généralement différente du courant injecté lors de la sortie à bas niveau, c'est-à-dire le courant coulé lors de la sortie à bas niveau > le courant tiré par l'alimentation.

La forme d'onde du courant d'alimentation de pic varie selon le type de dispositif utilisé et la charge capacitive connectée à la borne de sortie.

Les principales causes du courant de pointe sont:

Les tubes T3 et T4 de l'étage de sortie sont allumés en même temps dans la conception courte. Dans le processus de la porte NAND de sortie de niveau bas à niveau haut, le saut négatif de la tension d'entrée produit un grand courant d'entraînement inverse dans la boucle de base de T2 et T3, parce que la profondeur de saturation de T3 est conçue pour être supérieure à celle de T2 Grand, le courant d'entraînement inverse fera en sorte que T2 s'échappe d'abord à la saturation et se coupe. Mais à ce moment T3 n'a pas été hors de saturation, donc dans une conception très courte, T3 et T4 seront allumés en même temps, générant ainsi un grand ic4, provoquant le courant d'alimentation à former un courant de pic. R4 sur la figure est conçu pour limiter ce courant de pic.

R4 dans le circuit de porte TTL à faible puissance est plus grand, donc son courant de pic est plus petit. Lorsque la tension d'entrée change de faible à élevé, le niveau de sortie de la porte NAND change de haut à bas. À ce moment, T3 et T4 peuvent également être allumés en même temps. Mais lorsque T3 commence à être allumé, T4 est en état d'amplification, et la tension entre le collecteur et l'émetteur des deux tubes est plus grande, de sorte que le courant de pic généré est plus petit, et l'impact sur le courant d'alimentation est relativement petit.

Une autre cause de courant de pointe est l'effet de la capacité de charge. En fait, il y a un condensateur de charge cl à la sortie de la porte NAND. Lorsque la sortie de la grille passe du Bas au haut, la tension d'alimentation est chargée par T4 au condensateur cl, formant ainsi un courant de pointes.

Lorsque la sortie de la porte NAND change de haut niveau à bas niveau, le condensateur CL se décharge à travers T3. À ce moment, le courant de décharge ne traverse pas l'alimentation, de sorte que le courant de décharge de CL n'a aucun effet sur le courant d'alimentation.

Méthode de suppression du courant de pic:

1.Prendre des mesures sur le câblage de la carte de circuit pour minimiser la capacité errante de la ligne de signal;

2.Une autre méthode consiste à essayer de réduire la résistance interne de l'alimentation afin que le courant de pic ne provoque pas de fluctuations excessives de la tension d'alimentation;

3. La pratique habituelle est de filtrer à l'aide d'un condensateur de découplage, généralement placé à l'entrée d'alimentation de la carte.

Un condensateur de découplage de 1uF pour filtrer le bruit à basse fréquence; un condensateur de découplage de 0,01 uF (condensateur de filtre haute fréquence) est placé entre la puissance et la masse de chaque dispositif actif de la carte de circuit. Filtrez le bruit haute fréquence. Le but du filtrage est de filtrer les interférences AC superposées à l'alimentation, mais ce n'est pas que plus la capacité du condensateur utilisé est grande, mieux, car le condensateur réel n'est pas un condensateur idéal et n'a pas toutes les caractéristiques d'un condensateur idéal.

La sélection du condensateur de découplage peut être calculée selon C=1/F, où F est la fréquence du circuit, c'est-à-dire 0,1uF pour 10MHz et 0,01uF pour 100MHz. Généralement, il peut être 0,1 ~ 0,01uF.

Un condensateur de filtrage haute fréquence placé à côté du dispositif actif a deux fonctions. L'un est de filtrer les interférences à haute fréquence qui conduisent le long de la source d'alimentation, et l'autre est de reconstituer en temps opportun le courant de crête nécessaire au fonctionnement à grande vitesse de l'appareil. Il faut donc tenir compte du placement des condensateurs.

En raison des paramètres parasites du condensateur réel, il peut être équivalent à la résistance et à l'inductance connectées en série sur le condensateur, qui sont appelées résistance en série équivalente (ESR) et inductance en série équivalente (ESL). De cette manière, le condensateur réel est un circuit résonant en série.

Le condensateur réel est capacitif à des fréquences inférieures à Fr et inductif à des fréquences supérieures à Fr, de sorte que le condensateur ressemble plus à un filtre d'arrêt de bande.

Le condensateur électrolytique 10uF a un grand ESL et Fr inférieur à 1MHz, ce qui a un meilleur effet de filtrage sur le bruit à basse fréquence tel que 50Hz, mais n'a aucun effet sur le bruit de commutation à haute fréquence de centaines de mégaoctets.

L'esr et l'ESL d'un condensateur sont déterminés par la structure du condensateur et le milieu utilisé, et non par la capacité. La capacité à inhiber les interférences à haute fréquence ne peut pas être améliorée par l'utilisation de condensateurs de plus grande capacité. Pour un même type de condensateur, à une fréquence inférieure à fr, l'impédance de la grande capacité est inférieure à celle de la petite capacité, mais si la fréquence est supérieure à fr, l'ESL détermine qu'il n'y a pas de différence d'impédance entre les deux.

L'utilisation d'un trop grand nombre de condensateurs de grande capacité sur la carte n'est pas propice au filtrage des interférences haute fréquence, en particulier lors de l'utilisation d'une alimentation à découpage haute fréquence. Un autre problème est que trop de condensateurs de grande capacité augmentent l'impact sur l'alimentation lorsque la carte est alimentée et branchée à chaud, ce qui peut entraîner des problèmes tels que la chute de la tension d'alimentation, l'allumage du connecteur de la carte et la montée lente de la tension de la carte.

Placement des condensateurs de découplage dans la mise en page de PCB

Pour l'installation de condensateurs, la première chose à mentionner est la distance d'installation. Le condensateur avec la plus petite capacité a la fréquence de résonance la plus élevée et le plus petit rayon de découplage, il est donc placé le plus près de la puce. La plus grande capacité peut être plus éloignée, et la couche la plus extérieure a la plus grande capacité. Toutefois, tous les condensateurs qui découplent la puce doivent être le plus proches possible de la puce.

Un autre point à noter est que lors de sa mise en place, il est préférable de le répartir uniformément autour de la puce et de le faire pour chaque niveau de capacité. La disposition des broches d'alimentation et de mise à la terre est généralement prise en compte lors de la conception de la puce, qui sont généralement réparties uniformément sur les quatre côtés de la puce. Il y a donc des perturbations de tension autour de la puce et le découplage doit également découpler uniformément toute la zone de la puce. Si les condensateurs 680pf de la figure ci - dessus sont tous placés dans la partie supérieure de la puce, les interférences de tension dans la partie inférieure de la puce ne sont pas bien découplées en raison de problèmes de rayon de découplage.

Installation du condensateur

Lors de l'installation du condensateur, retirez un court fil de plomb du tampon, puis connectez-le au plan d'alimentation à travers le trou via, et la même chose est vraie pour le terminal au sol. De cette manière, la boucle courante qui circule à travers le condensateur est: plan de puissance-vias-fils de plomb-pads-condensateurs-pads-fils de plomb-vias-plan de terre, la figure suivante montre intuitivement le chemin de reflux du courant.

La première méthode tire le long fil du plot, puis le connecte au via. Cela introduira une plus grande inductance parasite. Cela doit être évité. C'est la pire façon de l'installer.

La seconde méthode perce des trous aux deux extrémités du tampon à côté du tampon, qui a une surface routière beaucoup plus petite que la première méthode, et l'inductance parasitaire est également faible, ce qui est acceptable.

Le troisième type est de percer des trous sur le côté du tampon, ce qui réduit encore la surface de la boucle, et l'inductance parasitaire est plus petite que le second type, ce qui est une meilleure méthode.

La quatrième méthode comporte des trous des deux côtés du tampon. Par rapport à la troisième méthode, cela équivaut à ce que chaque extrémité du condensateur soit reliée au plan de puissance et au plan de masse en parallèle par des vias, qui est plus petite que la troisième inductance parasite. L'espace permet, essayez d'utiliser cette méthode.

La dernière méthode consiste à percer des trous directement sur les Plots avec une inductance parasite minimale, mais le soudage peut poser des problèmes. L'utilisation ou non dépend de la capacité et de la méthode de traitement.

Les troisième et quatrième méthodes sont recommandées.

Il est important de souligner que certains ingénieurs PCB utilisent parfois des Vias communs pour plusieurs condensateurs pour économiser de l'espace. Ne le faites en aucune circonstance. Il est préférable de trouver un moyen d'optimiser la conception des combinaisons de condensateurs et de réduire le nombre de condensateurs.

Comme plus la ligne d'impression est large, plus l'inductance est faible, la ligne de sortie du plot au via doit être aussi large que possible et, si possible, essayer d'être aussi large que le plot. De cette façon, même pour les condensateurs dans le boîtier 0402, des fils de 20 mil de large peuvent être utilisés.