Notizie PCB - Il ruolo dei condensatori nella progettazione di PCB ad alta velocità

Parte 1: Classificazione dei condensatori

I condensatori sono classificati per applicazione nella progettazione del circuito. I condensatori possono essere suddivisi in quattro categorie:

La prima categoria: condensatori di accoppiamento AC. Pricipalmente usato per l'accoppiamento AC dei segnali Ghz.

La seconda categoria: Condensatori di disaccoppiamento. Pricipalmente è usato per tenere fuori il rumore dell'alimentazione elettrica o della terra del circuito ad alta velocità.

La terza categoria: condensatori utilizzati nelle reti di filtraggio RC attivo o passivo o di selezione della frequenza.

La quarta categoria: condensatori utilizzati in integratori analogici e circuiti di campionamento e tenuta.

In questo articolo, discuteremo principalmente la seconda categoria di condensatori di disaccoppiamento.

I condensatori sono classificati in base ai materiali e ai processi di fabbricazione e ci sono principalmente le seguenti forme differenti di condensatori:

1. Condensatori ceramici NPO

2. Condensatori ceramici di polistirolo

3. Condensatore in polipropilene

4. Condensatore PTFE

5. Condensatore MOS

6. Condensatori in policarbonato

7. Condensatore poliestere

8. Condensatori ceramici monolitici

9. Condensatore Mica

10. Condensatori elettrolitici in alluminio

11. Condensatori elettrolitici al tantalio

Nella progettazione attuale, a causa di vari motivi come il prezzo e l'acquisto, i condensatori che vengono spesso utilizzati sono: condensatori ceramici, condensatori elettrolitici in alluminio e condensatori al tantalio.

Parte 2: Il modello specifico e i parametri di distribuzione del condensatore

Per applicare i condensatori correttamente e ragionevolmente, è naturalmente necessario comprendere il modello specifico del condensatore e il significato e la funzione specifici di ogni parametro distribuito nel modello. Come altri componenti, la capacità effettiva è diversa dal condensatore "ideale". Il condensatore "reale" ha un'ulteriore caratteristica di induttanza e resistenza dovuta all'influenza del suo imballaggio, materiale, ecc., e deve essere utilizzato un ulteriore "parassitario". "Componenti o prestazioni "non ideali" da caratterizzare, le sue manifestazioni sono componenti di resistenza e componenti induttivi, prestazioni di stoccaggio non lineari e dielettriche. Il modello del condensatore è mostrato di seguito. A causa delle caratteristiche del condensatore determinate da questi elementi parassitari, di solito è descritto in dettaglio nella descrizione del prodotto del produttore del condensatore. Comprendere questi effetti parassitari in ogni applicazione vi aiuterà a scegliere il tipo giusto di condensatore.

Dalla figura sopra, possiamo vedere che il condensatore dovrebbe essere effettivamente composto da sei parti. Oltre al proprio condensatore C, ci sono i seguenti componenti:

1. resistenza di serie equivalente ESR RESR: La resistenza di serie equivalente di un condensatore è composta dalla resistenza del perno del condensatore e dalla resistenza equivalente delle due piastre del condensatore in serie. Quando una grande corrente CA scorre attraverso il condensatore, RESR fa sì che il condensatore dissipa energia (e quindi genera perdite). Ciò ha gravi conseguenze per i circuiti a radiofrequenza e i condensatori di disaccoppiamento dell'alimentazione elettrica che trasportano alte correnti di ripple. Ma non avrà un grande impatto sui circuiti analogici ad alta impedenza e piccolo segnale di precisione. I condensatori con il RESR più basso sono condensatori di mica e condensatori di film.

2. Induttanza di serie equivalente ESL, LESL: L'induttanza di serie equivalente di un condensatore è composta dall'induttanza di pin del condensatore e l'induttanza equivalente delle due piastre del condensatore in serie. Come RESR, LESL ha anche gravi problemi in ambienti di lavoro a radiofrequenza o ad alta frequenza, anche se il circuito di precisione stesso funziona normalmente in condizioni DC o bassa frequenza. Il motivo è che i transistor utilizzati nei circuiti analogici di precisione hanno ancora guadagno quando le frequenze di transizione sono estese a centinaia di megahertz o gigahertz e possono amplificare segnali risonanti con valori di induttanza molto bassi. Questa è la ragione principale per il corretto disaccoppiamento del terminale di alimentazione di questo circuito in condizioni di alta frequenza.

3. resistenza parallela equivalente EPR RL: È quello che chiamiamo solitamente la resistenza di perdita del condensatore. Nelle applicazioni di accoppiamento CA, nelle applicazioni di storage (come integratori analogici e dispositivi di campionamento e tenuta), e quando i condensatori sono utilizzati in circuiti ad alta impedenza, RL è un elemento Un parametro importante, la carica in un condensatore ideale dovrebbe cambiare solo con la corrente esterna. Tuttavia, l'RL nel condensatore effettivo fa sì che la carica perda lentamente ad una velocità determinata dalla costante di tempo RC.

4. I due parametri RDA e CDA sono anche i parametri di distribuzione del condensatore, ma l'effetto effettivo è relativamente piccolo, quindi non saranno introdotti qui. Quindi ci sono tre parametri di distribuzione importanti della capacità: ESR, ESL, EPR. I più importanti sono ESR e ESL. In realtà, solo RLC viene utilizzato per semplificare il modello quando si analizza il modello condensatore, cioè per analizzare il C, ESR e ESL del condensatore. Ci concentreremo sul modello semplificato del condensatore la prossima settimana.

5. Sulla base dell'introduzione del modello dettagliato qui sotto, parleremo di due tipi di condensatori che sono spesso utilizzati nel nostro disegno:

6. condensatori elettrolitici (quali condensatori al tantalio e condensatori elettrolitici in alluminio) hanno una grande capacità. A causa della loro bassa resistenza di isolamento, cioè, la resistenza parallela equivalente EPR è piccola, la corrente di perdita è molto grande (valore tipico 5-20nA / μF), quindi non è adatto per lo stoccaggio e l'accoppiamento. I condensatori elettrolitici sono più adatti per i condensatori bypass per gli alimentatori e sono utilizzati per stabilizzare l'alimentazione elettrica. I condensatori più adatti per l'accoppiamento AC e lo stoccaggio di carica sono condensatori in PTFE e altri condensatori in poliestere (polipropilene, polistirolo, ecc.).

7. i condensatori ceramici monolitici sono più adatti per disaccoppiare i condensatori nei circuiti ad alta frequenza, perché hanno un'induttanza di serie equivalente molto bassa, cioè, l'induttanza di serie equivalente ESL è molto piccola e ha un'ampia banda di frequenza di disaccoppiamento. Questo ha un ottimo rapporto con la sua struttura. I condensatori ceramici monolitici sono composti da pellicole metalliche intercalare multistrato e pellicole ceramiche, e questi film multistrato sono disposti parallelamente alle barre del bus invece di essere avvolti in serie. di.

8. Questa settimana abbiamo parlato del modello equivalente dettagliato dei condensatori. Credo che tutti dovrebbero avere una comprensione più profonda dei condensatori. La prossima settimana continueremo a parlare dell'equivalente semplificato dei condensatori che spesso utilizziamo nelle applicazioni pratiche di analisi. Modello, e l'origine e il significato della sua curva di impedenza.

Quanto sopra è un'introduzione al ruolo dei condensatori nella progettazione PCB ad alta velocità. Ipcb è fornito anche ai produttori di PCB e alla tecnologia di produzione PCB.