Fórmula de capacitancia en el diseño de PCB

La capacitancia afecta al almacenamiento de energía, el filtrado, la temporización, el acoplamiento y la integridad de la alimentación en todo un producto electrónico. En el diseño de PCB, la fórmula básica es solo el punto de partida: el comportamiento real también depende de la polarización de voltaje, la tolerancia, la ESR, la ESL, la ubicación y la impedancia generada por el diseño.

Este artículo relaciona la fórmula de capacitancia con decisiones prácticas en la selección de componentes y el ensamblaje de placas de circuito impreso.

Tabla de contenidos.

• La fórmula de capacitancia
• Comportamiento real de un condensador
• Desacoplamiento e integridad de la energía
• Capacitancia parásita de PCB
• Selección y montaje de componentes
• Revisión de diseño con Highleap Electronics

La fórmula de capacitancia

La capacitancia se define como C = Q/Vdonde C es la capacitancia, Q es la carga almacenada y V es el voltaje. Para una estructura ideal de placas paralelas, la capacitancia se aproxima mediante C = épsilon A / d: permitividad multiplicada por el área de la placa y dividida por la distancia de separación.

Estas relaciones explican por qué las propiedades dieléctricas, la geometría del conductor y el espaciado son importantes tanto en los componentes como en las estructuras de las placas de circuito impreso. Sin embargo, por sí solas, no permiten predecir el comportamiento a alta frecuencia de un condensador montado.

Comportamiento real de un condensador

Un condensador real incluye resistencia e inductancia parásitas. A medida que aumenta la frecuencia, estas inductancias parásitas pueden predominar y crear un punto de autorresonancia por encima del cual el componente deja de comportarse como un elemento capacitivo ideal.

Revise los datos del componente para conocer la tolerancia de capacitancia, el comportamiento con polarización de CC, las características de temperatura, la ESR y las curvas de impedancia. Esto es especialmente importante cuando los MLCC se utilizan cerca de su tensión nominal o en aplicaciones con un amplio rango de temperaturas.

Desacoplamiento e integridad de la energía

Los condensadores de desacoplamiento suministran breves impulsos de corriente cerca de un circuito integrado y reducen la variación de voltaje en la línea de alimentación. Su eficacia se ve fuertemente afectada por el bucle formado por el condensador, el pin de alimentación, la conexión a tierra y las vías.

• Coloque los desacopladores de alta frecuencia más pequeños cerca de los pines de alimentación correspondientes.
• Utilice conexiones cortas y anchas, y un plano de referencia continuo siempre que sea posible.
• Seleccione los valores de capacitancia de la guía del circuito integrado y del perfil de demanda de potencia medido o simulado.

Capacitancia parásita de PCB

Las características de cobre adyacentes también generan capacitancia. Los pares de planos, las pistas sobre planos de referencia, las almohadillas y las estructuras de los conectores pueden influir en los flancos de la señal, el acoplamiento y la impedancia. En los diseños de impedancia controlada, los datos de apilamiento y los cálculos del solucionador de campo son más fiables que las reglas empíricas.

Mantenga las redes sensibles separadas de los nodos de conmutación ruidosos y preserve una ruta de retorno clara para que los efectos parásitos inevitables no creen un acoplamiento de ruido inesperado.

Selección y montaje de componentes

Seleccione los encapsulados de condensadores y los tipos de dieléctricos según la tensión de funcionamiento, el rango de frecuencia, la temperatura, la estabilidad requerida y las limitaciones de montaje. Los encapsulados muy pequeños reducen la inductancia de montaje, pero pueden ser más sensibles a las grietas por flexión si el proceso de la placa o de separación de paneles no se controla.

Para un ensamblaje fiable, se deben revisar conjuntamente los patrones de contacto, las aberturas de la pasta de soldadura, el perfil de reflujo y el soporte de la placa.

Revisión de diseño con Highleap Electronics

Highleap Electronics puede revisar los patrones de conexión de los condensadores, las restricciones de ubicación, la información de apilamiento y los requisitos de ensamblaje antes de la producción. Proporcionar los rieles de alimentación críticos y cualquier requisito de impedancia permite una revisión más precisa.

Para una revisión de la capacidad de fabricación, Solicitar presupuesto para PCB con los archivos Gerber, la lista de materiales y las notas de diseño pertinentes.