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高速PCB设计注意事项:旁路电容布局和布线技巧

许多年前,我所参与的大多数电路板设计都是简单的数字电路设计。在这些设计中放置和布线旁路电容是非常容易的,并且电路常常时足够慢,不需要电容器。大多数时候,我们认为旁路电容器放置和布线作为一个事后的想法,而不是主要的设计考虑。我记得有些工程师甚至指示我在这里和那里把旁路电容器“洒掉”,就好像它们比蛋糕上的糖果装饰一样。似乎没有太多关心要使用多少,应该放在哪里,或者应该如何连接。

随后,随着设计的复杂性和速度的增长,在电路板上设计更精细的配电网络(PDN)的需求也在增加。现在,随着高速设计的信号完整性要求,精确设计的PDN已经成为电路板最佳性能的必要条件。

我们来看看高速设计的PDN中的一些旁路电容器要求,以及什么样的布局和布线策略将最有助于您。

什么是旁路电容?

高速PCB上的处理器和其他IC将要求电力供应无法提供的尖锐尖峰。电源设计用于在整个电路板上提供一定数量的电力,而不是短路。为了解决这个问题,可以在IC附近放置一个旁路电容,为这些快速峰值提供所需的电流。旁路电容通过存储电源进行,然后在需要过电流时将其放电到IC。这给出了供电时间来响应。在尖峰之后,旁路电容器被充电并准备好进行下一个周期。

旁路电容对于减少可能来自具有更快开关时间的数字设备的地面反射也很重要。旁路电容也用于滤除由电源引起的低频噪声,并有助于其他信号完整性和EMI问题。

应该使用多少旁路电容?

一个设计所需的旁路电容的数量取决于它们被分配到的部件,以及这些部件中有多少被使用。 10uF范围内的大容量电容通常用于电路板上的每个电压。它们应位于电压产生或进入电路板的位置。在某些器件上,它们与高速旁路电容一起使用。

通常,每个IC应至少安装0.1uF范围内的高速旁路电容。它们应尽可能靠近各自的IC,快速提供电流。我建议具有多个电源引脚的器件,每个电源引脚至少应有一个旁路电容。虽然这会占用更多的电路板空间,但它可以大大有助于减少大地反射。

旁路电容布局和布线最佳实践

如前所述,您应该将旁路电容尽可能靠近分配给它们的器件。这可以在电路板的反面的器件下方,或者在板的同一侧上的旁路电容器连接的引脚上。

对于需要在特定器件的电源引脚附近放置多个旁路电容器的电路,电容应按照升序排列在该引脚旁边。例如,如果为特定器件指定了一个.01uF和一个10uF电容,请将最靠近器件的.01uF放在其外侧的10uF上。这样,较大的大容量电容将对最靠近器件引脚的高频电容充电。

布线旁路电容时,应从器件的电源或接地引脚开始,直接进入电容引脚。从那里布线可以继续到连接到电源或接地平面的过孔。您也应尽可能使用尽可能短且宽的走线连接旁路电容,并尽可能多地使用过孔连接电源或接地层。

用于最佳配电网络的旁路电容的布局和布线是高速PCB设计的重要组成部分。这里讨论的技巧将为您提供一个良好的开端,还有其他可用的资源。 PCB软件,如Altium Designer,拥有直流分析工具,如他们的PDN分析仪。在构建实际电路板之前,您可以在PCB布局期间分析和解决配电网络问题。

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