多層PCB通常包括一對或多對電壓和接地層。電源層的功能等同于一個低電感的電容器,能夠約束在元件和信道上產(chǎn)生的RF電容。機(jī)殼一般會有多個接地點(diǎn)連接到接地層,有助于減小板子的機(jī)殼和板間、板中的電壓梯度。電壓梯度是共模射頻場的主要,也是機(jī)殼到地的射頻電源的。
和電容一樣,電源和接地層也有非常小的等效引線長度電感,但沒有ESR。不過在多數(shù)層板中,兩個部件間的最大板間電感遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1nH。
板間電容的理論計算公式為
其中,ε0=8.85pF/m為自由空間介電常數(shù);εr為充滿電源平面和地平面之間介質(zhì)的相對介電常數(shù);A為電源平面和地平面重疊部分的面積;d為電源平面和地平面之間的距離。
實際的電容值通常小于這個計算值。一般地,網(wǎng)絡(luò)分析、數(shù)學(xué)計算或模擬實驗將給出電源層的實際電感值,還可以定出全部電路層的阻抗值及潛在自諧振頻率。
因為在多層PCB中通常是用分立的去耦電容,所以必須考慮慢邊緣速率在低頻時電容器的值,通常這個頻率范圍小于25 MHz。
在圖所示中,“裸板”的阻抗非常接近理想去耦電容器的阻抗,理想去耦電容器為只有純電容,沒有附加電感和電阻的電容器。理想阻抗的計算式為
串聯(lián)諧振頻率夭計算式如下并聯(lián)諧振頻率幾計算式如下
其中,n等于分立電容器數(shù)目;Gd是分立電容器電容;氣是電源層的接地層結(jié)構(gòu)的電容值。
當(dāng)頻率高于fa,附加的n個分立去耦電容不能帶來附加的好處,這是因為裸板的阻抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于有獨(dú)立電容器負(fù)載時的阻抗。當(dāng)接近負(fù)載板極點(diǎn)頻率(并聯(lián)共振)時,負(fù)載板阻抗的值異常高,負(fù)載板的去耦性能比無負(fù)載(沒有附加分立去耦電容器)時差很多。分析結(jié)果清楚地表明,減小去耦電容器連線的串聯(lián)電感是獲得在寬頻范圍內(nèi)理想性能的關(guān)鍵。
圖 具有分立電容的電源和接地層的去耦效果
在式(5-4)、式(5-5)和式(5-6)中,并聯(lián)諧振對應(yīng)于極點(diǎn),串聯(lián)諧振對應(yīng)于零點(diǎn)。當(dāng)提供多個電容器時,極點(diǎn)和零點(diǎn)將交替出現(xiàn)。因此,在每一對串聯(lián)諧振頻率之間都有一個并聯(lián)諧振。兩個串聯(lián)諧振間總存在一個并聯(lián)諧振點(diǎn)。
來源:維庫電子市場網(wǎng)
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