Formula di capacità nella progettazione di PCB

La capacità influisce sull'immagazzinamento di energia, sul filtraggio, sulla temporizzazione, sull'accoppiamento e sull'integrità dell'alimentazione in tutto un prodotto elettronico. Nella progettazione di PCB, la formula di base è solo il punto di partenza: il comportamento reale dipende anche dalla polarizzazione di tensione, dalla tolleranza, dalla resistenza equivalente in serie (ESR), dalla resistenza in serie (ESL), dal posizionamento e dall'impedenza creata dal layout.

Questo articolo collega la formula della capacità alle decisioni pratiche nella selezione dei componenti e nell'assemblaggio dei circuiti stampati.

Sommario

• La formula della capacità
• Comportamento reale del condensatore
• Disaccoppiamento e integrità dell'alimentazione elettrica
• Capacità parassita del PCB
• Selezione e assemblaggio dei componenti
• Revisione del progetto con Highleap Electronics

La formula della capacità

La capacità è definita come C = Q / V , dove C è la capacità, Q è la carica immagazzinata e V è la tensione. Per una struttura ideale a piastre parallele, la capacità è approssimata da C = epsilon A / d : costante dielettrica moltiplicata per l'area delle piastre e divisa per la distanza di separazione.

Queste relazioni spiegano perché le proprietà dielettriche, la geometria del conduttore e la spaziatura siano importanti sia nei componenti che nelle strutture dei circuiti stampati. Tuttavia, da sole, non sono in grado di prevedere il comportamento ad alta frequenza di un condensatore montato.

Comportamento reale del condensatore

Un condensatore reale presenta resistenza e induttanza parassite. All'aumentare della frequenza, questi parametri parassiti possono diventare predominanti e creare un punto di auto-risonanza al di sopra del quale il componente non si comporta più come un elemento capacitivo ideale.

Esaminare i dati dei componenti relativi alla tolleranza di capacità, al comportamento in polarizzazione CC, alle caratteristiche di temperatura, alla resistenza serie equivalente (ESR) e alle curve di impedenza. Ciò è particolarmente importante quando i condensatori MLCC vengono utilizzati a tensioni prossime a quella nominale o in applicazioni con un ampio intervallo di temperature.

Disaccoppiamento e integrità dell'alimentazione elettrica

I condensatori di disaccoppiamento forniscono brevi impulsi di corrente in prossimità di un circuito integrato e riducono le oscillazioni di tensione sulla linea di alimentazione. La loro efficacia è fortemente influenzata dal circuito formato dal condensatore, dal pin di alimentazione, dal ritorno di massa e dai via.

• Posizionare i disaccoppiatori ad alta frequenza più piccoli in prossimità dei relativi pin di alimentazione.
• Utilizzare connessioni corte e larghe e, ove possibile, un piano di riferimento continuo.
• Selezionare i valori di capacità in base alle linee guida del circuito integrato e al profilo di richiesta di potenza misurato o simulato.

Capacità parassita del PCB

Anche le strutture in rame adiacenti formano capacità. Coppie di piani, tracce su piani di riferimento, piazzole e strutture di connessione possono influenzare i fronti del segnale, l'accoppiamento e l'impedenza. Nei progetti a impedenza controllata, i dati di stack-up e i calcoli del risolutore di campo sono più affidabili delle regole empiriche.

Mantenere le reti sensibili separate dai nodi di commutazione rumorosi e preservare un percorso di ritorno libero in modo che i parassiti inevitabili non creino accoppiamenti di rumore imprevisti.

Selezione e assemblaggio dei componenti

Selezionare i contenitori dei condensatori e i tipi di dielettrico in base alla tensione di esercizio, alla gamma di frequenza, alla temperatura, alla stabilità richiesta e ai vincoli di assemblaggio. I contenitori di dimensioni molto ridotte riducono l'induttanza di montaggio, ma possono essere più sensibili alle crepe da flessione se il processo di montaggio o di separazione dei pannelli non è controllato.

Per un assemblaggio affidabile, è necessario esaminare contemporaneamente i pad di saldatura, le aperture per la pasta saldante, il profilo di rifusione e il supporto della scheda.

Revisione del progetto con Highleap Electronics

Highleap Electronics è in grado di esaminare la disposizione dei terminali dei condensatori, i vincoli di posizionamento, le informazioni sullo stack-up e i requisiti di assemblaggio prima della produzione. Fornire le linee di alimentazione critiche e gli eventuali requisiti di impedenza consente di effettuare un'analisi più mirata.

Per una valutazione di fattibilità produttiva, richiedete un preventivo per PCB allegando i file Gerber, la distinta base (BOM) e le note di progettazione pertinenti.