Vzorec pro kapacitu v návrhu desek plošných spojů

Kapacita ovlivňuje ukládání energie, filtrování, časování, vazbu a integritu napájení v celém elektronickém produktu. V návrhu desek plošných spojů je základní vzorec pouze výchozím bodem: skutečné chování závisí také na napěťovém předpětí, toleranci, ESR, ESL, umístění a impedanci vytvořené rozvržením.

Tento článek propojuje vzorec pro výpočet kapacity s praktickými rozhodnutími při výběru součástek a osazování desek plošných spojů.

Obsah

• Vzorec pro kapacitu
• Chování reálného kondenzátoru
• Oddělení a integrita napájení
• Parazitní kapacita desek plošných spojů
• Výběr a montáž součástí
• Revize designu s Highleap Electronics

Vzorec pro kapacitu

Kapacita je definována jako C = Q / V , kde C je kapacita, Q je uložený náboj a V je napětí. Pro ideální strukturu s rovnoběžnými deskami se kapacita aproximuje jako C = epsilon A / d : permitivita vynásobená plochou desky a dělená oddělovací vzdáleností.

Tyto vztahy vysvětlují, proč jsou dielektrické vlastnosti, geometrie vodičů a rozteče důležité jak u součástek, tak u struktur desek plošných spojů. Samy o sobě však nepředpovídají chování namontovaného kondenzátoru při vysokých frekvencích.

Chování reálného kondenzátoru

Reálný kondenzátor obsahuje parazitní odpor a indukčnost. S rostoucí frekvencí mohou tyto parazitní jevy dominovat a vytvářet bod vlastní rezonance, nad kterým se součástka již nechová jako ideální kapacitní prvek.

Zkontrolujte data součástek z hlediska tolerance kapacity, chování při stejnosměrném předpětí, teplotních charakteristik, ESR a impedančních křivek. To je obzvláště důležité, pokud se MLCC používají v blízkosti jmenovitého napětí nebo v aplikacích s širokým rozsahem teplot.

Oddělení a integrita napájení

Oddělovací kondenzátory dodávají krátké proudové impulzy v blízkosti integrovaného obvodu a snižují kolísání napětí na napájecí sběrnici. Jejich účinnost je silně ovlivněna smyčkou tvořenou kondenzátorem, napájecím pinem, zemním vodičem a propojovacími kanály.

• Umístěte nejmenší vysokofrekvenční oddělovače blízko příslušných napájecích pinů.
• Pokud je to možné, používejte krátká, široká spojení a souvislou referenční rovinu.
• Vyberte hodnoty kapacity z pokynů pro integrovaný obvod a z naměřeného nebo simulovaného profilu spotřeby energie.

Parazitní kapacita desek plošných spojů

Sousední měděné prvky také vytvářejí kapacitu. Páry rovin, stopy nad referenčními rovinami, kontaktní plošky a struktury konektorů mohou ovlivnit hrany signálu, vazbu a impedanci. V návrzích s řízenou impedancí jsou data skládání a výpočty řešiče pole spolehlivější než empirická pravidla.

Udržujte citlivé sítě oddělené od hlučných spínacích uzlů a zachovávejte volnou zpětnou cestu, aby nevyhnutelné parazitní jevy nevytvářely neočekávané šumové vazby.

Výběr a montáž součástí

Vyberte pouzdra kondenzátorů a typy dielektrik na základě provozního napětí, frekvenčního rozsahu, teploty, požadované stability a montážních omezení. Velmi malá pouzdra snižují montážní indukčnost, ale mohou být citlivější na ohybové praskání, pokud není proces desky nebo oddělování panelů kontrolován.

Pro spolehlivou montáž by měly být společně zkontrolovány kontaktní vzory, otvory pro pájecí pastu, profil přetavení a podpěra desky.

Revize designu s Highleap Electronics

Společnost Highleap Electronics může před zahájením výroby zkontrolovat uspořádání kondenzátorů, omezení jejich umístění, informace o jejich propojení a požadavky na montáž. Poskytnutí kritických napájecích kolejnic a veškerých požadavků na impedanci činí kontrolu cílenější.

Pro posouzení vyrobitelnosti si vyžádejte cenovou nabídku na desku plošných spojů se soubory Gerber, kusovníkem a příslušnými konstrukčními poznámkami.