電容器與電源如何連接?電容器是闆狀配電網絡(PDN)的骨幹然而，與将電容器連接到PDN一樣重要的是它們是如何連接的如果你認為用一英寸長的5毫米痕迹連接它們是一個好主意，你可能想要重新考慮(或者也許你還生活在70年代?)顯然，這是一個極端的例子，但有一些細微的差别，以連接到闆電容，以最大限度地發揮其作為PDN的一部分的效率，下面我們就來說一說關于電容器與電源如何連接?我們一起去了解并探讨一下這個問題吧!

電容器與電源如何連接

電容器是闆狀配電網絡(PDN)的骨幹。然而，與将電容器連接到PDN一樣重要的是它們是如何連接的。如果你認為用一英寸長的5毫米痕迹連接它們是一個好主意，你可能想要重新考慮(或者也許你還生活在70年代?)顯然，這是一個極端的例子，但有一些細微的差别，以連接到闆電容，以最大限度地發揮其作為PDN的一部分的效率。

保持電源和接地阻抗盡可能接近。

電容器是令人驚奇的小元件。它們讓我們的相機閃光燈不停地閃着，讓我們的電擊槍眩暈，讓我們的電動馬達啟動，讓我們的音響砰砰響。在PCB(印制電路闆)上，1保持為1 0保持為0。電容器構成了PCB配電網絡(pdn)的支柱，高速數字設備離不開它們。電容器不僅為集成電路提供高頻能量，而且還為在它們之間傳輸的信号提供交流返回電流路徑。但是，如果沒有正确安裝到電路闆上，它們的用處就會大不如前，有時甚至毫無用處。

你可能已經看到了将電容安裝顯示為好的、更好的和最好的設計指南。“不要用長導線連接電容器。”那麼，多長才算太長呢?“更好”到底好多少?當然，答案會因具體PCB的不同而有所不同，但我開始分析一些更常見的情況，并對它們進行量化。

我創建了一個10“乘10”的測試闆，連接了一個由1000402個電容器組成的陣列，并分析了不同安裝的性能。

0402型是比較常見的高頻電容尺寸之一，我使用的是0.22µF電容。更常見的值可能是0.1µF，但對于給定的電容器本體尺寸，使用最大的電容通常是一個好主意。這是因為安裝電容器的電感是其性能的限制因素，體積越小的電容器電感越低。因此，對于給定的車身尺寸或電感，最大的電容将在盡可能寬的頻率範圍内産生最低的阻抗。如果真有1000µF 0402的電容器，那就是用的電容帽!

PDN設計的主要目标是最小化電源和地面之間的阻抗，跨越一個頻率範圍。在高頻世界中，電源與地之間的電容越大，阻抗就越低。電源與地之間的電感越低，阻抗越低。由于0402電容很小，所以電感小。然而，它們的小尺寸也限制了它們内部的容量，所以你需要使用大量的并聯它們來獲得大容量。

為了分析我們的電容器網絡的阻抗，我們可以使用一個分析工具來生成我們的配電網絡的阻抗圖，或z參數。我開始分析測試闆的阻抗與電容連接到電源和接地通孔5 mil痕迹，50 mil長。

在試圖減少電感的痕迹連接，我擴大這些痕迹從5密耳到20密耳。得到的阻抗圖如圖2中粉紅色所示。基本上，隻有微小的改善。這種配置的主要問題是通孔之間的距離，因為它為電源和接地之間的連接創建了一個大的環路區域。因此，對于我的下一個配置，我移動的通孔盡可能接近，使用一個通過在pad配置。這幾乎是10MHz以上阻抗低一個數量級。

需要注意的是，這種分析是使用所謂的集中分析進行的。這種分析可以用電子表格或其他簡單的PI工具來完成，它基本上把所有的電容器和闆電容集中在一個節點上。它是一個很好的計劃工具，但是應該理解它的局限性。PI工具可以使用實際的闆幾何形狀來進行軌迹、通孔和連接到電容器的平面，這将為電容器的安裝性能提供有價值的數據。這就是集中分析中使用的方法。然而，除了挂載的寄生效應之外，還有與連接到IC的電容相關的其他寄生效應。為了包括這些影響，執行分布式分析，查看IC位置的PDN阻抗。在圖2中，橙色的波形是分布分析的結果，通過在pad電容器。結果看起來比集中結果(紅色部分)糟糕得多。

我們如何改進這些結果?如前所述，從IC的角度來看，安裝隻是電容對PDN的影響的一部分。為了最小化PDN阻抗，整個環路區域，因此，電容和IC之間的電感必須最小化。在本例中，電容器被連接到堆疊的第3層和第6層的平面上，這兩層間隔非常遠(在本例中為36密耳)，如圖1所示。這其實是六層闆堆砌中很常見的做法，可以看出效果很差。如果電容被連接到第6層和第7層，隻有3密耳的距離，結果大大改善。雖然這一改變會導緻連接到平面的距離變長(與橙色圖相比)，但減少的平面間距會導緻到IC的阻抗路徑更低。如果電容被連接到第2層和第3層的平面，則通過連接的距離會變短，結果得到了輕微的改善(淺藍色的圖)。在這裡，你可以看到在堆疊中接近電源/接地間距的重要性。進一步的改進還可以通過将所有的電源/接地面并聯起來(如黃色所示)。

能否進一步改善?使用一些特定于pi的技術(通常會産生額外的成本)也會有所幫助。例如，使用反向寬高比電容器，如0204，可以使安裝電感更小(如圖中灰色部分所示)。使用非常薄(>1 mil)具有很高介電常數的專用闆電容材料也可以提供額外的解耦電容，以及縮小環路電感。對于我的樣品闆，我用Dk為16的0.3 mil介質替換了3 mil介質，并看到了PDN阻抗的實質性改善(白色顯示)。

綜上所述，最大限度地提高電容器的效率是關于保持電源和地面盡可能接近。通孔連接電容器應盡可能接近，并連接到一個平面對盡可能接近。在你的PCB設計中做這些簡單的事情将保持電容器快樂和高效。

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