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How to Maintain Power Integrity in your PCB The PCB Design Process Power Analyzer by Keysight PDN Analyzer for DC Power Integrity
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解耦电容和旁路放置指南 解耦电容和旁路放置指南 1 min Thought Leadership 电源完整性问题通常从电源的角度来看，但同样重要的是观察集成电路的输出。旁路和去耦电容旨在补偿PDN上看到的电源波动，这确保了信号水平的一致性和集成电路的电源/地脚上看到的恒定电压。我们汇编了一些重要的旁路和去耦电容设计指南，以帮助您在下一个PCB中成功使用这些组件。在这篇博客中，我们将讨论旁路电容与去耦电容的区别。 两个相关的电源完整性问题 去耦电容和旁路电容用于解决两种不同的电源完整性问题。尽管这些电源完整性问题相关，但它们以不同的方式表现出来。首先要注意的是，用于电源完整性的“去耦电容”和“旁路电容”这些术语是用词不当；它们并不去耦或旁路任何东西。它们也不会将“噪声”传递到地面；它们只是随着时间的推移充电和放电，以补偿噪声波动。这些术语指的是这些电容作为电源完整性策略的一部分的功能。 首先，考虑去耦电容。通常认为，PCB去耦电容的放置目的是为了确保电源轨/平面与地平面之间的电压在低频电源噪声、 PDN上的振铃以及PDN上的任何其他电压波动中保持恒定。当去耦电容放置在电源和地平面之间时，它与平面并联，这增加了总PDN电容。实际上，它们补偿了不足的 层间电容并降低了PDN阻抗，使得PDN电压中的任何振铃都被最小化。 现在考虑旁路电容。它们也旨在维持PDN和驱动IC内的恒定电压，但它们补偿的电压是输出引脚与PCB接地平面之间的电压。尽管它们被放置在电源引脚和IC上的接地连接之间，但它们执行的功能不同，即对抗电容至地的反弹。当数字IC开关时，键合线、封装和引脚中的寄生电感会导致驱动器输出与地之间的电压增加。旁路电容输出一个与地反弹电压相反的电压，理想情况下导致总电压波动总和为零。 在上述模型中，存在一个闭环，其中包括旁路电容（CB）和IC封装/地面连接上的杂散电感L1。请注意， 地面弹跳电压 V(GB)是在输出引脚和地面平面之间测量的。其余的电感都是寄生元件，这些寄生元件影响旁路电容补偿地面弹跳的响应时间。在理想模型中，旁路电容看到的电压将补偿由杂散电感L1在切换过程中产生的地面弹跳电压。 旁路电容放置指南 如果你观察电容器对地反弹的方式，应该很明显知道在哪里 放置旁路电容器。由于上述电路模型中的寄生电感，旁路电容器应尽可能靠近电源和地线引脚放置，以最小化这些电感。这与你在许多应用说明和元件数据表中找到的建议是一致的。 还有另一个需要考虑的方面，与寄生电感有关，那就是连接到IC的方式。不应该从电容器引出一条短的走线到IC引脚，而应该通过过孔将电容器直接连接到地线和电源平面。在这种布局中，确保遵守 焊盘和走线间距要求。 为什么会这样？原因是地/电源平面布局（只要平面在相邻层中）将具有非常低的寄生电感。实际上，这是您的板中寄生电感的最低来源。如果您能将旁路电容器放置在板的底面，您可能能实现更好的布局。 解耦电容器设计指南 在您确定了 PCB去耦电容的大小之后，您需要在某个位置放置它，以确保它能够补偿输入电压的波动。实际上，最好使用多个电容器，因为它们将并联排列，这种并联排列将提供更低的有效串联电感。 旧的指南可能会告诉你可以在电路板上的任何地方放置它们。然而，请小心，因为这可能会增加去耦电容器与目标IC之间的寄生电感，从而增加PDN的阻抗和对EMI的敏感性。相反，对于具有快速边沿速率的IC，您应该将它们放置得更靠近目标IC。下面的图片展示了一个典型的旁路和去耦电容器在IC附近的放置方式。这是高速电路的一个最佳布局，因为所有信号路径上电容器与IC之间的寄生电感将非常低。 阅读文章
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使用IPC-2221计算器进行高电压设计 使用IPC-2221 PCB间距计算器进行高压设计 1 min Blog PCB 设计工程师 电气工程师 PCB 设计工程师 PCB 设计工程师 电气工程师 电气工程师 PCB设计和装配标准不会限制您的工作效率。相反，其存在是为了帮助跨多个行业构建统一产品设计和性能的期望。标准化带来了合规工具，例如某些设计方面的计算器、审计和检查流程等。 在高压PCB设计中，重要的PCB设计通用标准是IPC-2221。该设计标准总结了许多重要的设计方面，其中一些归结为简单的数学公式。对于高压PCB，IPC-2221计算器可以帮助您快速确定PCB上导电元件之间的适当间距要求，这有助于确保您的下一块高压电路板在其工作电压下保持安全。当设计软件包含这些规范作为自动设计规则时，您就可以保持高效并避免在构建电路板时出现布局错误。 什么是IPC-2221？ IPC-2221（修订版B，2012年生效）是公认的行业标准，定义了PCB设计的多个方面。部分示例包括材料（包括基板和镀层）的设计要求、可测试性、 热管理和散热装置以及 环形圈等。 某些设计指南被更具体的设计标准所取代。例如，IPC-6012和IPC-6018分别提供了刚性PCB和高频PCB的设计规范。这些附加标准旨在与通用PCB的IPC-2221标准基本一致。不过，IPC-2221通常不是用于评估产品可靠性或制造良率/缺陷的资格标准。对于刚性电路板，通常使用IPC-6012或IPC-A-600来鉴定已制造的刚性PCB。 IPC-2221B高压设计的导体间距 IPC-2221B标准规定了高压PCB设计的重要设计要求。其中之一是导体间距，旨在解决两点： 在高电场强度下发生电晕或介质击穿的可能性 导电阳极丝化的可能性，有时称为 枝晶生长（ 参见下文） 第一点最重要，因为设置PCB中导体之间的真正最小间距最有利于控制。第二种效应也可以抑制，即采用适当的导线间距、选择适当的材料并在制造过程中保持常规的清洁度。在IPC-2221标准中，防止这些效应所需的间距总结为两个导体之间的电压函数。 下图所示为IPC-2221标准中的表6-1。这些值列出了最小导体间距作为两个导体之间的电压函数。这些值根据导体之间的峰值交流或直流电压而定。请注意，IPC-2221仅针对最高500V的电压规定了固定的最小导体间距值。一旦两个导体之间的电压超过500V，则下表所示的每伏特间距值将用于计算最小导体间距。超过500V之后，所需的最小间距就会相对应增加，如表最下面一行所示。 电流过高时的温度上升 并非所有高压PCB都会在大电流下运行，但那些要求使用大电流的PCB在导体不够大时可能会出现高的温升。PCB中的温度升高是由于焦耳热引起的，这与导体的直流电阻有关。因此，当电流也很大时，承载高电流的导体的横截面积应较大。 要确定最佳横截面积，可以使用基于IPC-2221和IPC-2152标准中所发布数据的计算器。IPC-2152计算器中使用的数据集更复杂，但可以提供比IPC-2221计算器更准确的结果。 访问免费的在线IPC-2221计算器 了解IPC-2152和IPC-2221计算器之间的区别 阅读文章
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