Wzór na pojemność w projektowaniu PCB

Pojemność wpływa na magazynowanie energii, filtrowanie, synchronizację, sprzężenie i integralność zasilania w całym produkcie elektronicznym. W projektowaniu PCB podstawowy wzór stanowi jedynie punkt wyjścia: rzeczywiste zachowanie zależy również od polaryzacji napięcia, tolerancji, ESR, ESL, rozmieszczenia oraz impedancji generowanej przez układ.

W artykule tym powiązano wzór na pojemność z praktycznymi decyzjami dotyczącymi wyboru komponentów i montażu płytek PCB.

Spis treści

• Wzór na pojemność
• Rzeczywiste zachowanie kondensatora
• Odsprzęganie i integralność zasilania
• Pojemność pasożytnicza PCB
• Wybór i montaż komponentów
• Przegląd projektu z Highleap Electronics

Wzór na pojemność

Pojemność definiuje się jako C = Q / V , gdzie C to pojemność, Q to zmagazynowany ładunek, a V to napięcie. W przypadku idealnej struktury z równoległymi płytkami, pojemność aproksymuje się wzorem C = epsilon A / d : przenikalność elektryczna pomnożona przez powierzchnię płytki i podzielona przez odległość między płytkami.

Te zależności wyjaśniają, dlaczego właściwości dielektryczne, geometria przewodnika i odstępy między nimi mają znaczenie zarówno w komponentach, jak i strukturach PCB. Same w sobie nie pozwalają przewidzieć zachowania kondensatora w wysokich częstotliwościach.

Rzeczywiste zachowanie kondensatora

Prawdziwy kondensator zawiera rezystancję pasożytniczą i indukcyjność. Wraz ze wzrostem częstotliwości, te pasożyty mogą dominować i tworzyć punkt rezonansu własnego, powyżej którego element przestaje zachowywać się jak idealny element pojemnościowy.

Przeanalizuj dane komponentów pod kątem tolerancji pojemności, zachowania przy polaryzacji stałoprądowej, charakterystyki temperaturowej, ESR i krzywych impedancji. Jest to szczególnie ważne, gdy kondensatory MLCC są używane blisko napięcia znamionowego lub w zastosowaniach o szerokim zakresie temperatur.

Odsprzęganie i integralność zasilania

Kondensatory odsprzęgające dostarczają krótkie impulsy prądu w pobliżu układu scalonego i redukują wahania napięcia na szynie zasilania. Ich skuteczność jest silnie uzależniona od pętli utworzonej przez kondensator, pin zasilania, przewód powrotny masy i przelotki.

• Umieść najmniejsze odsprzęgacze wysokiej częstotliwości blisko odpowiednich pinów zasilania.
• W miarę możliwości należy stosować krótkie, szerokie połączenia i ciągłą płaszczyznę odniesienia.
• Wybierz wartości pojemności ze wskazówek układu scalonego i zmierzonego lub symulowanego profilu zapotrzebowania na moc.

Pojemność pasożytnicza PCB

Sąsiadujące elementy miedziane również tworzą pojemność. Pary płaszczyzn, ścieżki na płaszczyznach odniesienia, pady i struktury złączy mogą wpływać na krawędzie sygnału, sprzężenie i impedancję. W projektach o kontrolowanej impedancji, dane z analizy stosu i obliczenia z wykorzystaniem metody field solver są bardziej wiarygodne niż reguły praktyczne.

Utrzymuj wrażliwe sieci oddzielnie od zakłócających węzłów przełączających i zachowaj wolną ścieżkę powrotną, aby nieuniknione pasożyty nie powodowały nieoczekiwanego sprzężenia zakłócającego.

Wybór i montaż komponentów

Wybierz pakiety kondensatorów i typy dielektryków, biorąc pod uwagę napięcie robocze, zakres częstotliwości, temperaturę, wymaganą stabilność i ograniczenia montażowe. Bardzo małe pakiety zmniejszają indukcyjność montażową, ale mogą być bardziej wrażliwe na pęknięcia zginane, jeśli płytka lub proces depanelizacji nie są kontrolowane.

Należy wspólnie sprawdzić wzory połączeń, otwory pasty lutowniczej, profil lutowania rozpływowego i podparcie płytki, aby zapewnić niezawodny montaż.

Przegląd projektu z Highleap Electronics

Firma Highleap Electronics może dokonać analizy układów kondensatorów, ograniczeń rozmieszczenia, informacji o stosie oraz wymagań montażowych przed rozpoczęciem produkcji. Dostarczenie krytycznych informacji o szynach zasilania i wszelkich wymagań dotyczących impedancji sprawia, że ​​analiza jest bardziej ukierunkowana.

Aby dokonać oceny przydatności do produkcji, poproś o wycenę PCB wraz z plikami Gerber, zestawieniem materiałów i odpowiednimi notatkami projektowymi.