Fórmula da capacitância no projeto de PCBs

A capacitância afeta o armazenamento de energia, a filtragem, o temporização, o acoplamento e a integridade da energia em todo um produto eletrônico. No projeto de PCBs, a fórmula básica é apenas o ponto de partida: o comportamento real também depende da tensão de polarização, da tolerância, da ESR, da ESL, do posicionamento e da impedância criada pelo layout.

Este artigo relaciona a fórmula da capacitância com decisões práticas na seleção de componentes e na montagem de placas de circuito impresso.

Índice

• A fórmula da capacitância
• Comportamento real do capacitor
• Desacoplamento e Integridade de Energia
• Capacitância parasita da placa de circuito impresso
• Seleção e montagem de componentes
• Análise de projeto com a Highleap Electronics

A fórmula da capacitância

A capacitância é definida como C = Q / V , onde C é a capacitância, Q é a carga armazenada e V é a tensão. Para uma estrutura ideal de placas paralelas, a capacitância é aproximada por C = εA / d : permissividade multiplicada pela área da placa e dividida pela distância entre as placas.

Essas relações explicam por que as propriedades dielétricas, a geometria do condutor e o espaçamento são importantes tanto nos componentes quanto nas estruturas de placas de circuito impresso. Elas não preveem, por si só, o comportamento em alta frequência de um capacitor montado.

Comportamento real do capacitor

Um capacitor real inclui resistência e indutância parasitas. À medida que a frequência aumenta, esses componentes parasitas podem se tornar dominantes e criar um ponto de auto-ressonância acima do qual o componente deixa de se comportar como um elemento capacitivo ideal.

Analise os dados dos componentes quanto à tolerância de capacitância, comportamento sob polarização CC, características de temperatura, ESR e curvas de impedância. Isso é especialmente importante quando os MLCCs são usados ​​próximos à sua tensão nominal ou em aplicações com ampla faixa de temperatura.

Desacoplamento e Integridade de Energia

Os capacitores de desacoplamento fornecem pulsos curtos de corrente próximos a um circuito integrado e reduzem a variação de tensão na linha de alimentação. Sua eficácia é fortemente afetada pelo circuito formado pelo capacitor, pino de alimentação, retorno de terra e vias.

• Coloque os desacopladores de alta frequência menores próximos aos pinos de alimentação relevantes.
• Utilize conexões curtas e largas e um plano de referência contínuo sempre que possível.
• Selecione os valores de capacitância a partir das diretrizes do circuito integrado e do perfil de demanda de energia medido ou simulado.

Capacitância parasita da placa de circuito impresso

Elementos de cobre adjacentes também formam capacitância. Pares de planos, trilhas sobre planos de referência, pads e estruturas de conectores podem influenciar as bordas do sinal, o acoplamento e a impedância. Em projetos de impedância controlada, dados de empilhamento e cálculos de solucionadores de campo são mais confiáveis ​​do que regras práticas.

Mantenha as redes sensíveis separadas dos nós de comutação ruidosos e preserve um caminho de retorno livre para que os parasitas inevitáveis ​​não criem acoplamento de ruído inesperado.

Seleção e montagem de componentes

Selecione os encapsulamentos de capacitores e os tipos de dielétricos com base na tensão de operação, faixa de frequência, temperatura, estabilidade necessária e restrições de montagem. Encapsulamentos muito pequenos reduzem a indutância de montagem, mas podem ser mais sensíveis a rachaduras por flexão se a placa ou o processo de separação dos painéis não forem controlados.

Os padrões de contato, as aberturas para pasta de solda, o perfil de refluxo e o suporte da placa devem ser revisados ​​em conjunto para uma montagem confiável.

Análise de projeto com a Highleap Electronics

A Highleap Electronics pode analisar os padrões de contato dos capacitores, as restrições de posicionamento, as informações de empilhamento e os requisitos de montagem antes da produção. Fornecer as linhas de alimentação críticas e quaisquer requisitos de impedância torna a análise mais precisa.

Para uma análise de viabilidade de fabricação, solicite um orçamento de PCB com os arquivos Gerber, a lista de materiais (BOM) e as notas de projeto relevantes.