這些配置可用于將解耦電容器連接到PCB功率和接地平面。我們將看到，進(jìn)行小型更改可以顯著降低去耦環(huán)的電感。

為什么我們需要一個(gè)去耦電容器？

時(shí)鐘數(shù)字IC通常需要大型瞬態(tài)電源電流。例如，大型微處理器可以在很短的時(shí)間內(nèi)繪制至10 a的電流。隨著IC輸出的上升/秋季時(shí)間的下降，我們需要以更高的速率提供此瞬態(tài)能量。 PCB的功率和接地導(dǎo)體確實(shí)表現(xiàn)出一些電感。如果數(shù)字IC的較大瞬態(tài)電流通過(guò)電源和接地導(dǎo)體的電感，則將在電感上產(chǎn)生一個(gè)電壓。由于電源和接地導(dǎo)體的瞬時(shí)電壓滴度很大，因此我們將無(wú)法在IC的電源和接地墊上傳遞恒定電壓。

上述問(wèn)題的解決方案是提供可以提供瞬態(tài)電流的充電來(lái)源。這通常是通過(guò)將分離電容器放置在每個(gè)邏輯IC上的距離來(lái)實(shí)現(xiàn)的。我們始終請(qǐng)記住，電路電源路由僅補(bǔ)充去耦電容器中的電荷，而去耦電容器應(yīng)提供所有高頻瞬態(tài)電流。去耦電容器提供與IC輸出的上升/秋季時(shí)間相關(guān)的短時(shí)間間隔的瞬態(tài)電流，并且電源至少有一半的時(shí)鐘周期來(lái)充電解耦電容器。將高頻能量保持在電源分配軌跡上，使我們可以更輕松地容忍電源分配結(jié)構(gòu)的不可避免的電感。

脫鉤循環(huán)的電感

如上所述，我們使用去耦電容器來(lái)避免通過(guò)電源分配軌跡提供高頻電流，從而表現(xiàn)出高電感。這就是為什么將解耦電容器連接到IC的路徑的電感也很重要。如果解耦環(huán)的電感不夠小，則邏輯IC將嘗試通過(guò)功率分布結(jié)構(gòu)獲得其一些高頻能量。因此，我們需要仔細(xì)檢查解耦環(huán)的電感，并以各種可能的方式地減少它。請(qǐng)參閱本文，以了解一種重要的技術(shù)，以減少脫鉤循環(huán)的電感。在本文中，我們將通過(guò)配置專注于不同的配置，這些配置可用于將解耦電容器連接到PCB功率和接地平面。

帶有相反方向的電流的VIA

安裝脫鉤電容器的常規(guī)方法是將VIA放在電容器墊旁邊，如圖1所示。

圖1。圖像由電磁兼容性工程提供。

在這種情況下，從電容器的安裝墊到動(dòng)力地面對(duì)的總電感劑的典型值約為1.1 nh。為了降低這些VIA的總電感，我們可以將它們靠近。使vias靠起來(lái)會(huì)增加它們之間的相互電感。

由于這兩個(gè)vias的電流朝相反的方向流動(dòng)，因此相互電感的增加將降低每種VIA的凈電感。為了更好地理解這一點(diǎn)，請(qǐng)記住，經(jīng)過(guò)電感器的電流會(huì)產(chǎn)生環(huán)繞導(dǎo)體的磁場(chǎng)線。這些磁場(chǎng)線的方向可以通過(guò)圖2所示的右手規(guī)則找到（在此示例中，當(dāng)前方向向上）。

圖2。使用的圖像?信號(hào)和功率完整性簡(jiǎn)化的庫(kù)。

當(dāng)電流通過(guò)A VIA時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生包圍它的磁場(chǎng)線。一個(gè)通過(guò)一個(gè)通過(guò)的磁場(chǎng)線也將環(huán)繞另一個(gè)通過(guò)另一個(gè)磁場(chǎng)線。

由于兩個(gè)VIA在相反的方向上產(chǎn)生磁場(chǎng)（見(jiàn)圖3），因此它們之間的磁耦合實(shí)際上會(huì)減少每個(gè)通過(guò)環(huán)繞每個(gè)通過(guò)的磁場(chǎng)總數(shù)。導(dǎo)體周圍的凈磁場(chǎng)線的數(shù)量決定了其電感。因此，當(dāng)我們具有帶有相反方向的電流的VIA時(shí)，增加它們之間的磁耦合將減少每個(gè)通過(guò)展覽的有效電感。

圖3

因此，一種降低去耦環(huán)的電感的一種技術(shù)是將遠(yuǎn)離脈沖閉合，如圖4所示。在這種情況下，電容器的安裝墊和動(dòng)力 - 地面對(duì)之間的電感降低到0.7 nh。

圖4。圖像由電磁兼容性工程提供。

vias帶有相同方向的電流

為了進(jìn)一步降低去耦循環(huán)的電感，我們可以使用多個(gè)VIA，而不必為每個(gè)電容器墊使用一個(gè)VIA。兩個(gè)可能的布置如圖5所示。

圖5。圖像由電磁兼容性工程提供。

如果連接到同一墊的VIA之間沒(méi)有相互的電感，我們可以很容易地得出結(jié)論，平行VIA的等效電感將與VIA的數(shù)量成反比。如果它們之間有一些相互的電感怎么辦？

通過(guò)連接到同一墊的VIA的電流朝著相同的方向。與圖3中的情況不同，圖5的平行vias之間的磁耦合將增加環(huán)繞每個(gè)通過(guò)環(huán)繞的總數(shù)。因此，當(dāng)我們的VIA攜帶具有相同方向的電流時(shí)，增加它們之間的磁耦合將增加每個(gè)通過(guò)展覽的有效電感。

讓我們考慮每個(gè)墊子的兩個(gè)VIA（上圖）。假設(shè)每個(gè)通過(guò)l的自我電感為l，并且平行脈沖之間的相互電感為m（下面的圖6）。等效電感的價(jià)值是什么？

圖6

考慮到兩個(gè)VIA的磁場(chǎng)線在相同的方向上，可以證明這兩個(gè)VIA的等效電感由以下方式給出：

\ [l_ {等價(jià)} = \ frac {l + m} {2} \] \]

相互感應(yīng)，m，不能比自感應(yīng)l更大。

通常假定，如果VIA之間的中心對(duì)中心間距大于VIA的長(zhǎng)度，則相互電感的變化遠(yuǎn)小于自我電感。在這種情況下，VIA的等效電感將與VIA的數(shù)量成反比。

使用多個(gè)VIA的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)

我們看到，使用多個(gè)VIA，我們可以具有與VIA數(shù)量成反比的等效電感。還有另一種允許圖5的排列具有較低的電感。要了解該第二種機(jī)制，我們需要考慮當(dāng)通過(guò)A液體向外或從AVIA饋送電流時(shí)，平面中的電流分布。如圖7所示，在VIA的附近，電流被限制為通過(guò)VIA流入或從平面流出。當(dāng)我們遠(yuǎn)離VIA時(shí)，電流會(huì)散布。

圖7。圖像由電磁兼容性工程提供。

檢查平面的電感可能是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，并且超出了本文的范圍。您可以在《電磁兼容性工程》一書的第10章中找到一些細(xì)節(jié)。重要的一點(diǎn)是，遠(yuǎn)離電流可以散布的vias，平面表現(xiàn)出低電感。然而，在遠(yuǎn)處接近電流無(wú)法散布，路徑的電感顯著增加。

有趣的是，圖7中所示的當(dāng)前分布的總電感將主要取決于VIA附近的大電感。圖5的布置使用多個(gè)VIA連接到飛機(jī)。結(jié)果，與使用單個(gè)VIA的配置相比，多重VIA配置允許電流在平面更寬的區(qū)域中散布。因此，多重vias可以減少平面在遠(yuǎn)處的電感上，因此減少了脫鉤環(huán)的電感。