Kondensatoren zwischen Via und Chip umgehen?

8

In Entkopplungskappen, Leiterplattenlayout , werden drei Varianten der Platzierung von Bypasskappen vorgestellt:

Platzierung

In den Kommentaren wird erwähnt, dass C19 der schlechteste Ansatz ist, C18 etwas besser und C13 der beste Weg, was meinem Verständnis etwas widerspricht, daher möchte ich eine Klarstellung.

Ich würde erwarten, dass das C19-Layout nahezu optimal ist:

Der Kondensator befindet sich in einer Linie zwischen den Durchkontaktierungen zu den Versorgungsebenen, sodass Hochfrequenzkomponenten optimal herausgefiltert werden können
Die Durchkontaktierungen sind nicht zu weit voneinander entfernt

Ich würde wahrscheinlich breitere Spuren zwischen dem Kondensator und den Durchkontaktierungen verwenden ( Alteras AN574 schlägt dies vor).

C13 ist etwas näher am IC, aber die Durchkontaktierungen befinden sich am anderen Ende der Verbindung, sodass ich bei hohen Frequenzen ein schlechteres Verhalten erwarten würde (wahrscheinlich zu hoch, um eine Rolle zu spielen, aber ...)

Das C18-Layout ist das schlechteste:

Die Durchkontaktierungen sind weit voneinander entfernt und erhöhen die induktive Impedanz
Die Schleife ist ziemlich groß
gleiche Probleme wie C13 mit Hochfrequenzwelligkeit

Wo gehe ich mit meiner Analyse falsch?

pcb-design bypass-capacitor

— Simon Richter
quelle

Vielleicht fehlt mir etwas, aber ich sehe keinen großen Unterschied zwischen den drei, vorausgesetzt, es handelt sich um ein 4-Lagen-Board mit Power-Ebenen unter dem Chip. C13 hat einen etwas größeren Widerstand von den Kappen zu den Leistungsebenen, so dass es möglicherweise weniger Resonanzen zeigt. Ich würde den Behauptungen viel lieber glauben, wenn der Autor empirisch nachweisen könnte, dass einer signifikant besser ist als der andere (mit einem TDR oder was auch immer).

— Spehro Pefhany

2

Der EMV-Ansatz ist C19, da die vom IC erzeugte Hochfrequenzwelligkeit über die C19-Pads geleitet und daher gefiltert wird.

Beachten Sie die Resonanzfrequenz. Wenn bei> 300 MHz Rauschen erzeugt wird, ist ein "klassischer" 100nF 0603 (1608 metrisch) X7R-Kondensator zu groß, da seine Resonanzfrequenz bei etwa 20 MHz liegt und bei Frequenzen, die größer sind, wie ein Induktor zu arbeiten beginnt. Hier wäre ein Kondensator mit 1nF oder 100pF erforderlich.

Um dies zu simulieren, können Sie uns REDEXPERT oder SimSurfing . Die Größe und die Nennspannung des Kondensators spielen ebenfalls eine große Rolle.

Es gibt zwei Aspekte:

Reduzierung des Rauschens und der hochfrequenten Welligkeit
Stromversorgung für den IC

Das Ergebnis dieser beiden Überlegungen ist die Verwendung mehrerer Kondensatoren in verschiedenen Technologien:

Einige hundert pF bis einige nF (z. B. 100 pF bis 3,3 nF in 0402 oder 0603) so nah wie möglich auf C19-Weise (Route vom IC zum Kondensator und dann zu Ebenen mit Durchkontaktierungen)
Eine größere Keramikkappe mit einigen hundert nF (100 nF - 1uF)
Eine Tantalkappe mit ein paar uF

Dies ist mein Ansatz zur Reduzierung der EMV.

— zaan
quelle

1

Entscheidend ist hier, wie Sie über das Layout denken. C19 verhindert zwar, dass Hochfrequenz vom Chip in die Schienen gelangt, und umgekehrt, aber Sie versuchen nicht (zumindest normalerweise), Hochfrequenzrauschen zu filtern, sondern die Impedanz über die Stromschienen von der zu minimieren Perspektive des IC .

Tatsächlich hat C13 den Kondensator und die Stromschienen parallel über die Stromanschlüsse des Chips. C19 hat sie in Serie und C18 ist eine Mischung aus beiden.

— Connor Wolf
quelle

1

Der Kondensator und die Leistungsebenen sind in allen drei Fällen elektrisch parallel. Der einzige Unterschied besteht in den relativen Positionen der parasitären Induktivitäten der Durchkontaktierungen und der Spuren.

— Dave Tweed

Ich denke, ich kann sehen, wie dieses Layout die Impedanz der Leiterbahnen verringert, und die Induktivität der Durchkontaktierungen könnte hier tatsächlich von Vorteil sein, da die Versorgungsspannung nach einer Periode hoher Stromaufnahme überschwingen und die Kondensatoren schneller aufladen würde. Dies bedeutet jedoch auch, dass dieses Überschwingen zuerst den IC erreichen würde. Ich bin mir nicht sicher, was in der Praxis vorzuziehen ist.

— Simon Richter