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對數字電路設計者來(lái)說(shuō),通孔的電感比電容更重要。每個(gè)通孔都有寄生中聯(lián)電感。因為通孔的實(shí)體結構小,其特性非常像素集總電路元件。通孔串聯(lián)電感的主要影響是降低了電源旁路電容的有效性,這將使整個(gè)電源供電濾波效果變差。
旁路電容的目的是在高頻段把兩個(gè)電源平面短路在一起。如果假設一個(gè)集成電路在a點(diǎn)連接在電源和地平面之間,在b點(diǎn)有一個(gè)理想的表面貼裝旁路電容。則預期在芯片焊接點(diǎn)的vcs和地平面之間的高頻阻抗為零。然而,實(shí)際情況并非如此。將電容連接到vcc和地平面的每個(gè)連接通孔電感引入了一個(gè)小的但是可測量到的電感。這個(gè)電感的大小近似為:
其中,l=通孔電感,nh
h=通孔長(cháng)度,in
d=通孔直徑,in
因為上式包括一個(gè)對數,所以通孔直徑的改變對電感影響很小,但通孔長(cháng)度的改變可能引起大的變化。
通孔對于上升沿速度為1ns的信號的感抗。首先計算電感:
h=0.063(通孔長(cháng)度,in)
d=0.016(通孔直徑,in)
t10~90%=1.00(上升沿速度,ns)
從芯片分路高頻電流,3.8歐的值還不夠低。同時(shí)要記住,旁路電容通常一端通過(guò)一個(gè)通孔連接到地平面,另一端也通過(guò)一個(gè)通孔連接到+5v平面,因此通孔電感的影響會(huì )增加一倍。旁路電容貼裝在板子靠近電源和地平面的一邊,有利于減少其影響。后,在電容和通孔之間的任何引線(xiàn)都會(huì )增加更多的電感。這些走線(xiàn)應該總是盡量寬一些。
在電源和地之間使用多個(gè)旁路電容,可以得到非常低的阻抗。對于數字產(chǎn)品,作為一個(gè)粗略的準則,假設電源和地平面是理想的導體,電感為零。我們只考慮旁路電容及其相關(guān)走線(xiàn)和通孔的電感。在一個(gè)特定的范圍內,所有的旁路電容將如同并聯(lián),降低了電源和地之間的阻抗。產(chǎn)生這個(gè)效果的有效半徑等于1/12,其中,1是上升沿的電長(cháng)度。在1/6的直徑以?xún)?,所有電容共同作為一個(gè)集總電路。
1ns的上升沿在fr-4材料中的傳播長(cháng)度大約為1=6in。在這個(gè)例子中,電容的柵格間距大于1/12=0.5in,將不會(huì )有任何好處。
對于電源的旁路電容,上升時(shí)間越短,旁路會(huì )變得越困難。當上升時(shí)間縮短時(shí),有效半徑的值也變小。有效半徑內電容的數量隨上升時(shí)間的平方而減少。
這是一個(gè)綜合問(wèn)題。限隨著(zhù)上升時(shí)間的降低,數字轉折頻率上升,使每個(gè)通孔的感抗增加。后的結果是,對于工作在某一頻率的一個(gè)特定配置的旁路電容,當我們把上升時(shí)間減半時(shí),其效果將減小8倍。依據該比例準則,從一個(gè)工作頻率范圍得到的經(jīng)驗可以很容易地轉換到一個(gè)新的工作頻率范圍。
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