PCB板去耦电容大小选择与布置.docx

PCB板去耦电容大小选择与布置去耦电容不是越多越好，而是要注意滤波的效果。设计PCB印制线路板时，电源输入端跨接一个10μF~100μF的电解电容器，每个集成芯片的电源-地之间配置一个0.01μF的陶瓷电容器。一方面提供和吸收该集成电路开门关门瞬间的充放电能，另一方面旁路掉该器件的高频噪声。一、PCB板中去耦电容的分类　　去耦电容在补偿集成片或电路板工作电压跌落时能起到储能作用。它可以分成整体的、局部的和板间的三种。整体去耦电容又称旁路电容，它工作于低频（1MHz）范围状态，为整个电路板提供一个电流源，补偿电路板工作时产生的ΔI噪声电流，保证工作电源电压的稳定。它的大小为PCB上所有负载电容和的50~100倍。它应放置在紧靠PCB外接电源线和地线的地方，印制线密度很高的地方。这不仅不会减小低频去耦，而且还会为PCB上布置关键性的印制线提供空间。　　局部去耦电容有两个作用。第一，出于功能上的考虑：通过电容的充放电使集成片得到的供电电压比较平稳，不会由于电压的暂时跌落导致集成片功能受到影响；第二，出于EMC考虑：为集成片的瞬变电流提供就近的高频通道，使电流不至于通过环路面积较大的供电线路，从而大大减小向外的辐射噪声。同时由于各集成片拥有自己的高频通道，相互之间没有公共阻抗，抑止了其阻抗耦合。局部去耦电容安装在每个集成片的电源端子和接地端子之间，并尽量靠近集成片。　　板间去耦电容是指电源面和接地面之间的电容，它是高频率时去耦电流的主要来源。板间电容可以通过增加电源层和接地层间面积来增大。在PCB中，一些接地面可以布到了电源层，移去这些接地面，用电源隔离区代之，可以增加板间电容。二、PCB板中去耦电容的大小　　在直流电源回路中，负载的变化会引起电源噪声。例如在数字电路中，当电路从一个状态转换为另一种状态时，就会在电源线上产生一个很大的尖峰电流，形成瞬变的噪声电压。配置去耦电容可以抑制因负载变化而产生的噪声，是印制电路板的可靠性设计的一种常规做法，好的高频去耦电容可以去除高到1GHz的高频成分。陶瓷片电容或多层陶瓷电容的高频特性较好。设计印制线路板时，每个集成电路的电源、地之间都要加一个去耦电容。去耦电容有两个作用：一方面是本集成电路的蓄能电容，提供和吸收该集成电路开门关门瞬间的充放电能；另一方面旁路掉该器件的高频噪声。去耦电容的配置原则如下：　　1、电源分配滤波电容　　电源输入端跨接一个10μF~100μF的电解电容器，如果印制电路板的位置允许，采用以上的电解电容器的抗干扰效果会更好。1μF,10μF电容，并行共振频率在20MHz以上，去除高频率噪声的效果要好一些。在电源进入印制板的地方和一个1μF或10μF的去高频电容往往是有利的，即使是用电池供电的系统也需要这种电容。　　2、芯片配置去耦电容　　为每个集成电路芯片配置一个0.01μF的陶瓷电容器。数字电路中典型的去耦电容为0.1/μF的去耦电容有5nH分布电感，它的并行共振频率在7MHz左右，也就是说对于10MHz以下的噪声有较好的去耦作用，对40MHz以上的噪声几乎不起作用。如遇到印制电路板空间小而装不下时，可每4~10个芯片配置一个1μF~10μF钽电解电容器，这种器件的高频阻抗特别小，在500kHz~20MHz范围内阻抗小于1μF~10μF而且漏电流很小（0.5μA以下）。去耦电容值的选取并不严格，可按C=1/f计算，即10MHz取0.1μF。对微控制器构成的系统，取0.1μF~0.01μF之间都可以。　　3、必要时加蓄放电容　　每10片左右的集成电路要加一片充放电电容，或称为蓄放电容，电容大小可选10μF。通常使用的大电容为电解电容，但是在滤波频率比较高时，最好不用电解电容，电解电容是两层薄膜卷起来的，这种卷起来的结构在高频时表现为电感，最好使用钽电容或聚碳酸酯电容。三、PCB板中合理布置去耦电容　　（一）电容的等效模型在用电容抑制电磁骚扰和滤波的时候，最容易忽视的问题就是电容引线对滤波效果的影响。电容器的容抗与频率成反比，正是利用这一特性，将电容并联在信号线与地线之间起到对高频噪声的旁路作用。然而，在实际工程中，很多人发现这种方法并不能起到预期滤除噪声的效果，面对顽固的电磁噪声束手无策。出现这种情况的一个原因是忽略了电容引线对旁路效果的影响。　　实际电容器是由等效电感（ESL）、电容和等效电阻（ESR）构成的串联网络。　　理想电容的阻抗是随着频率的升高降低，而实际电容的阻抗是图6-7所示网络的阻抗特性，在频率较低的时候，呈现电容特性，即阻抗随频率的增加而降低，在某一点发生谐振，在这点电容的阻抗等于等效串联电阻ESR。在谐振点以上，由于ESL的作用，电容阻抗随着频率的升高而增加，这使电容呈现电感的阻抗特性。在谐振点以上，由于电容的阻抗增加，因此对高频噪声的旁路作用减弱，甚至