7. 旁路电容
7.1 电容选择
用于电源稳定性的电容有两种:旁路电容和大容量电容。有些时候大容量电容还被称为储能电容。旁路电容必须位于组件电源引脚附近。使用旁路电容可以消除高频噪声并为瞬间变换提供电流。这些电容的取值范围为0.001μF到0.1μF。NPO、X5R及X7R等介电电容是优良的旁路电容。这些电容的取值范围为几百皮法(pF)到几微法(μF)。
储能电容通常位于电压调节器附近。如果电路板的较大(超过几平方英寸),并各处都有一些有源器件,那么,这些电容将分布在整个电路板上。储能电容可以在较长时间内供电,并可以滤除低频噪声。在具有高电流信号或电源的电路板中,储存电容的取值范围为1μF到100μF,或更大的值。X5R、钽和一些表面组装电解电容都适合该用途。
旁路电容一般只为0.01μF或0.1μF。推荐进行一些简单的计算操作,以得到最佳的储能电容。如果该值过高,则表示储能电容超过您所需要的电容。如果该值太低,会使电源纹波过大并造成噪声。请使用下面公式:
8. 所有电容并不是等同的
当为各种应用选择一个电容(甚至一个简单的旁路电容)时,它的规范是非常重要的。电压和温度系数是两个最常被忽略的电容规范,但能够在正常操作的环境下大大影响器件电容。
器件变得越来越小,需要对性能和大小进行权衡。标称值为1uF,耐压为6.3V的电容,在电压为5V时,电容值可以小于0.1uF。因此,您需要注意电压系数。另外,不假设全部器件系列的电压系数是相同的。电压系数和温度系数可以因不同封装而有大变化。与0603封装相比,0805封装具有较好的电压系数,但有时会反过来。因此请阅读数据手册。如果数据手册中没有提供电容器的温度和电压系数,请考虑使用其他制造商的电容器。
9. 混合信号PCB的规则汇总
设计混合信号的电路板时,必须遵循下列规则:
1. 考虑单独的模拟和数字电源。
2. 了解所有返回路径。
3. 虽然价格昂贵,但如果可能,请使用四层电路板。
4. 请勿将模拟信号与时钟或快速数字信号并行布线。
5. 如果模拟和数字信号必须交叉,请确保这些信号以90 o 相交,以便使耦合电容最小。
6. 电源层应该出现在其信号线相应的区域。例如,在模拟电源层上只运行模拟信号。
7. 将旁路电容放置在与 IC 尽可能近的位置。另外,还要确保电源信号的旁路连接为低阻抗。
8. 若可以,请在电路板上使用独立的模拟和数字信号以及独立的数字和模拟组件。指定PCB的“模拟”和“数字”区域。
9. 对高阻抗输入信号应避免过长的走线,否则它会像天线那样耦合噪声进入信号链路。
10. 尽可能扩大电源走线的宽度以降低阻抗。
11. 将模拟信号放置在离接地层最近的位置,以便最小化电感串扰。
12. 将各层之间的电源信号相连时,请使用大型或多个过孔,重要可以降低阻抗。
13. 尽可能降低数字信号的数字上升和下降时间。
14. 使用防护线使模拟和数字信号相互隔离。
10. PCB布局和自动布线的工具
PCB布局工具有20年的使用历史。通过使用这些工具可以对各信号进行分组,并为走线长度和各走线之间的距离提供 不同的规则。从而避免发生错误。自动布线越来越强大,并具备许多个常用工具。这些工具遵循手动路由时所要求的相同规则。熟练的PCB布局设计师可以使用这些规则来提高自动布线的性能。虽然这些工具非常强大,但仍需要特别注意模拟和数字信号的布线方式。特意推荐您先手动走电路板上的敏感部分,然后才通过自动布线走剩下的其他不重要部分。不管使用哪个方式,都要确保检查最后布线。
将各器件放置在最佳的位置对手动布线和自动布线都有很大的帮助。器件放置和电路板布局都安排好后,可以使用简单的测试来验证共享返回路径是否存在问题。打印该电路板布局并在电源和每个组件之间画出最直接的路径。为模拟组件和数字组件分别使用两种不同的颜色。如果这两种颜色交叉,需要重新评估您的设计。请参考图19。
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本文转载自：吴川斌的博客
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