Kapasitanssikaava piirilevysuunnittelussa

Kapasitanssi vaikuttaa energian varastointiin, suodatukseen, ajoitukseen, kytkentään ja tehon eheyteen koko elektroniikkatuotteessa. Piirilevysuunnittelussa peruskaava on vasta lähtökohta: todellinen käyttäytyminen riippuu myös jännitepoikkeamasta, toleranssista, ESR:stä, ESL:stä, sijoittelusta ja asettelun luomasta impedanssista.

Tämä artikkeli yhdistää kapasitanssikaavan käytännön päätöksiin komponenttien valinnassa ja piirilevyjen kokoonpanossa.

Sisällysluettelo

• Kapasitanssikaava
• Todellisen kondensaattorin käyttäytyminen
• Irtikytkentä ja tehon eheys
• Piirilevyn loiskapasitanssi
• Komponenttien valinta ja kokoonpano
• Suunnittelun tarkistus Highleap Electronicsin kanssa

Kapasitanssikaava

Kapasitanssi määritellään seuraavasti C = Q/V, jossa C on kapasitanssi, Q on varastoitu varaus ja V on jännite. Ideaalisessa rinnakkaislevyrakenteessa kapasitanssia approksimoi muodossa C = epsilon A / d: permittiivisyys kerrottuna levyn pinta-alalla ja jaettuna erotusetäisyydellä.

Nämä suhteet selittävät, miksi dielektriset ominaisuudet, johtimen geometria ja väliseinät ovat tärkeitä sekä komponenteissa että piirilevyrakenteissa. Ne eivät yksinään ennusta asennetun kondensaattorin suurtaajuuskäyttäytymistä.

Todellisen kondensaattorin käyttäytyminen

Todellinen kondensaattori sisältää loisresistanssin ja induktanssin. Taajuuden kasvaessa nämä loisresistanssit voivat hallita ja luoda itseresonanssipisteen, jonka yläpuolella osa ei enää toimi ideaalisena kapasitiivisena elementtinä.

Tarkista komponenttitiedoista kapasitanssitoleranssi, DC-esijännityskäyttäytyminen, lämpötilaominaisuudet, ESR ja impedanssikäyrät. Tämä on erityisen tärkeää, kun MLCC-laitteita käytetään lähellä nimellisjännitettään tai laajoissa lämpötila-alueissa.

Irtikytkentä ja tehon eheys

Irrotuskondensaattorit syöttävät lyhyitä virtapurskeita lähellä integroitua piiriä ja vähentävät jännitteen muutoksia tehokiskossa. Niiden tehokkuuteen vaikuttaa voimakkaasti kondensaattorin, tehonastan, maadoituspaluujohtimien ja läpivientien muodostama silmukka.

• Aseta pienimmät korkeataajuuserottimet lähelle asiaankuuluvia tehonastoja.
• Käytä lyhyitä, leveitä yhteyksiä ja jatkuvaa referenssitasoa aina kun mahdollista.
• Valitse kapasitanssiarvot IC-ohjeista ja mitatusta tai simuloidusta tehonkulutusprofiilista.

Piirilevyn loiskapasitanssi

Vierekkäiset kuparipinnat muodostavat myös kapasitanssia. Tasoparit, referenssitasoa hipovat jäljet, liitinliitännät ja liitinrakenteet voivat vaikuttaa signaalin reunoihin, kytkentään ja impedanssiin. Kontrolloidussa impedanssissa pinoamisdata ja kenttäratkaisijan laskelmat ovat luotettavampia kuin nyrkkisäännöt.

Pidä herkät verkot erillään kohinaisista kytkentäsolmuista ja säilytä selkeä paluureitti, jotta väistämättömät loishäiriöt eivät aiheuta odottamatonta kohinan kytkentää.

Komponenttien valinta ja kokoonpano

Valitse kondensaattoripakkaukset ja dielektriset tyypit käyttöjännitteen, taajuusalueen, lämpötilan, vaaditun stabiilisuuden ja kokoonpanorajoitusten perusteella. Hyvin pienet pakkaukset pienentävät asennusinduktanssia, mutta voivat olla alttiimpia taivutusmurtumille, jos piirilevyn tai paneelin poistoprosessia ei hallita.

Maadoituskuviot, juotospastan aukot, reflow-profiili ja piirilevyn tuki tulisi tarkistaa yhdessä luotettavan kokoonpanon varmistamiseksi.

Suunnittelun tarkistus Highleap Electronicsin kanssa

Highleap Electronics voi tarkistaa kondensaattoreiden maadoituskuviot, sijoitusrajoitukset, pinoamistiedot ja kokoonpanovaatimukset ennen tuotantoa. Kriittisten tehokiskojen ja mahdollisten impedanssivaatimusten toimittaminen tekee tarkastelusta kohdennetumman.

Valmistettavuuden tarkastelua varten pyydä tarjous piirilevystä Gerber-tiedostojen, osaluettelon ja asiaankuuluvien suunnitteluhuomautusten kanssa.