印制電路板(PCB)通孔的電感分析

對(duì)于數(shù)字電路設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō)，通孔的電感比電容更重要。每個(gè)通孔都有寄生耦合電感。因?yàn)橥椎奈锢斫Y(jié)構(gòu)很小，它的特點(diǎn)是非常像素的集總電路元件。通孔串聯(lián)電感的主要影響是降低電源旁路電容的有效性，這會(huì)使整個(gè)電源濾波器效果變差。
旁路電容器的目的是在高頻帶將兩個(gè)電源層短路在一起。如果假設(shè)一個(gè)集成電路在點(diǎn)A處連接在電源和接地層之間，則在點(diǎn)B處有一個(gè)理想的表面貼裝旁路電容。預(yù)計(jì)芯片焊盤(pán)的vcs和接地層之間的高頻阻抗將為零。然而實(shí)際情況并非如此。將電容器連接到vcc和接地層的每個(gè)連接的通孔電感引入了一個(gè)小但可測(cè)量的電感。該電感的大小約為：
其中，l=通孔電感，nh
h=通孔長(zhǎng)度，單位
d=通孔直徑，英寸
由于上述公式包含一個(gè)對(duì)數(shù)，通孔直徑的變化對(duì)電感的影響不大，但通孔長(zhǎng)度的變化可能會(huì)引起很大的變化。
通孔對(duì)上升沿速度為1ns的信號(hào)的感抗。首先計(jì)算電感：
h=0.063(通孔長(zhǎng)度，英寸)
d=0.016(通孔直徑，英寸)
T10~90%=1.00(上升沿速度，ns)
當(dāng)高頻電流從芯片分流時(shí)，3.8 歐的值不夠低。同時(shí)，請(qǐng)記住，旁路電容的一端通常通過(guò)通孔連接到接地層，另一端也通過(guò)通孔，連接到5v層，因此通孔電感的影響將加倍。旁路電容安裝在電路板最靠近電源和接地層的一側(cè)，有利于降低其影響。最后，電容器和通孔之間的任何引線都會(huì)增加電感。這些痕跡應(yīng)該總是盡可能寬。
通過(guò)在電源和地之間使用多個(gè)旁路電容，可以獲得非常低的阻抗。對(duì)于數(shù)字產(chǎn)品，作為粗略的標(biāo)準(zhǔn)，假設(shè)電源和接地層是理想導(dǎo)體，電感為零。我們只考慮旁路電容及其相關(guān)走線和通孔電感。在特定范圍內(nèi)，所有旁路電容將并聯(lián)連接，從而降低電源和接地之間的阻抗。這個(gè)效果的有效半徑等于1/12，其中1是上升沿的電氣長(zhǎng)度。在直徑的1/6范圍內(nèi)，所有電容器作為一個(gè)集總電路一起工作。
fr-4材料中1ns上升沿的傳播長(zhǎng)度約為1=6in。在這個(gè)例子中，如果電容器的網(wǎng)格間距大于1/12=0.5英寸，將不會(huì)有任何好處。
對(duì)于電源的旁路電容，上升時(shí)間越短，旁路變得越困難。上升時(shí)間縮短，有效半徑值變小。有效半徑內(nèi)的電容數(shù)量隨著上升時(shí)間的平方而減少。
這是一個(gè)綜合問(wèn)題。隨著上升時(shí)間的減少，數(shù)字轉(zhuǎn)折頻率上升，這增加了每個(gè)通孔的電感。最終結(jié)果是，對(duì)于工作在某個(gè)頻率的旁路電容的特定配置，當(dāng)我們將上升時(shí)間減半時(shí)，其效果將減少8倍。根據(jù)縮放標(biāo)準(zhǔn)，從工作頻率范圍獲得的經(jīng)驗(yàn)可以容易地轉(zhuǎn)移到新的工作頻率范圍