精科裕隆：PCB板布局时如何摆放及安装？

精科欲隆

对于电容的安装，首先要提到的就是安装距离。容值最小的电容，有最高的谐振频率，去耦半径最小，因此放在最靠近芯片的位置，容值稍大些的可以距离稍远，最外层放置容值最大的。但是，所有对该芯片去耦的电容都尽量靠近芯片。
. [4 {" ~* _3 f
, K+ q+ g0 \# k& _0 u2 _那么PCB板布局时如何摆放及安装？相信不少人是有疑问的，今天精科裕隆就跟大家解答一下！

* ^5 O+ A5 ]5 L/ C# l  r5 ~尖峰电流的形成
9 n/ \7 ^' |/ e/ V" c$ B
数字电路输出高电平时从电源拉出的电流Ioh和低电平输出时灌入的电流Iol的大小一般是不同的，即：Iol>Ioh。
$ M% t% U% Y: U* m
  ?8 A7 T9 P3 b6 b  {产生尖峰电流的主要原因

输出级的T3、T4管短设计内同时导通，在与非门由输出低电平转向高电平的过程中，输入电压的负跳变在T2和T3的基极回路内产生很大的反向驱动电流，由于T3的饱和深度设计得比T2大，反向驱动电流将使T2首先脱离饱和而截止。

T2截止后，其集电极电位上升，使T4导通，可是此时T3还未脱离饱和，因此在极短得设计内T3和T4将同时导通，从而产生很大的ic4，使电源电流形成尖峰电流。

低功耗型TTL门电路中的R4较大，因此其尖峰电流较小，当输入电压由低电平变为高电平时，与非门输出电平由高变低，这时T3、T4也可能同时导通，但当T3开始进入导通时，T4处于放大状态，两管的集-射间电压较大，故所产生的尖峰电流较小，对电源电流产生的影响相对较小。
" f1 v! |$ w) R/ z
产生尖峰电流的另一个原因是负载电容的影响，与非门输出端实际上存在负载电容CL，当门的输出由低转换到高时，电源电压由T4对电容CL充电，因此形成尖峰电流。

当与非门的输出由高电平转换到低电平时，电容CL通过T3放电，此时放电电流不通过电源，故CL的放电电流对电源电流无影响。

尖峰电流的抑制方法
  H: ~5 l- a$ b- B
1、在电路板布线上采取措施，使信号线的杂散电容降到最小；

2、另一种方法是设法降低供电电源的内阻，使尖峰电流不至于引起过大的电源电压波动；
: @) o' B, ~8 R' z+ z% g
' y8 A+ C* Y' p: J- L% U3、通常的作法是使用去耦电容来滤波，一般是在电路板的电源入口处放一个1uF～10uF的去耦电容，滤除低频噪声，在电路板内的每一个有源器件的电源和地之间放置一个0.01uF～0.1uF的去耦电容(高频滤波电容)，用于滤除高频噪声，滤波的目的是要滤除叠加在电源上的交流干扰，但并不是使用的电容容量越大越好，因为实际的电容并不是理想电容，不具备理想电容的所有特性。

去耦电容的选取可按C=1/F计算，其中F为电路频率，即10MHz取0.1uF，100MHz取0.01uF。一般取0.1~0.01uF均可。

0 ]8 i" `0 ~  S# c5 H1 W7 Q放置在有源器件旁的高频滤波电容的作用有两个，其一是滤除沿电源传导过来的高频干扰，其二是及时补充器件高速工作时所需的尖峰电流，所以电容的放置位置是需要考虑的。
" a4 U& [+ K/ I  `" y
实际的电容由于存在寄生参数，可等效为串联在电容上的电阻和电感，将其称为等效串联电阻(ESR)和等效串联电感(ESL)。这样，实际的电容就是一个串联谐振电路，其谐振频率为：
​
实际的电容在低于Fr的频率呈现容性，而在高于Fr的频率上则呈现感性，所以电容更象是一个带阻滤波器。
$ X( E/ i1 q- }3 p+ u0 [% y
' @" p( i/ `& L* ^# A10uF的电解电容由于其ESL较大，Fr小于1MHz，对于50Hz这样的低频噪声有较好的滤波效果，对上百兆的高频开关噪声则没有什么作用。

电容的ESR和ESL是由电容的结构和所用的介质决定的，而不是电容量。通过使用更大容量的电容并不能提高抑制高频干扰的能力，同类型的电容，在低于Fr的频率下，大容量的比小容量的阻抗小，但如果频率高于Fr，ESL决定了两者的阻抗不会有什么区别。
$ l, G. M! m5 V3 v  t
电路板上使用过多的大容量电容对于滤除高频干扰并没有什么帮助，特别是使用高频开关电源供电时。另一个问题是，大容量电容过多，增加了上电及热插拔电路板时对电源的冲击，容易引起如电源电压下跌、电路板接插件打火、电路板内电压上升慢等问题。
: e; K% A5 ?% x
PCB布局时去耦电容摆放

" W  x5 [4 w! C2 y, H' M2 K对于电容的安装，首先要提到的就是安装距离。容值最小的电容，有最高的谐振频率，去耦半径最小，因此放在最靠近芯片的位置，容值稍大些的可以距离稍远，最外层放置容值最大的。但是，所有对该芯片去耦的电容都尽量靠近芯片。

还有一点要注意，在放置时，最好均匀分布在芯片的四周，对每一个容值等级都要这样，通常芯片在设计的时候就考虑到了电源和地引脚的排列位置，一般都是均匀分布在芯片的四个边上的。

因此电压扰动在芯片的四周都存在，去耦也必须对整个芯片所在区域均匀去耦，如果把上图中的680pF电容都放在芯片的上部，由于存在去耦半径问题，那么就不能对芯片下部的电压扰动很好的去耦。
- m! X  Z# w; x$ ]8 O% G! {+ s! Y
电容的安装
: a. b( f4 e, M+ t
在安装电容时，要从焊盘拉出一小段引出线，然后通过过孔和电源平面连接，接地端也是同样，这样流经电容的电流回路为：电源平面——过孔——引出线——焊盘——电容——焊盘——引出线——过孔——地平面，下图直观的显示了电流的回流路径。
3 P7 F. B1 p: P) R3 c
# J5 v  O% I1 P- ?1、方法从焊盘引出很长的引出线然后连接过孔，这会引入很大的寄生电感，一定要避免这样做，这是最糟糕的安装方式；
8 m7 Y1 t$ i# p- B
2、方法在焊盘的两个端点紧邻焊盘打孔，比第一种方法路面积小得多，寄生电感也较小，可以接受；

& ?/ ]" g7 h' N( ^9 X, F3、在焊盘侧面打孔，进一步减小了回路面积，寄生电感比第二种更小，是比较好的方法；
! u% }, ~, s  g$ b* J
4、在焊盘两侧都打孔，和第三种方法相比，相当于电容每一端都是通过过孔的并联接入电源平面和地平面，比第三种寄生电感更小，只要空间允许，尽量用这种方法；
6 n, D" N) U2 m/ T1 X5 q( ~( I
5、在焊盘上直接打孔，寄生电感最小，但是焊接是可能会出现问题，是否使用要看加工能力和方式。

推荐使用第三种和第四种方法。
; Q. S. X( \1 {' G* H
需要强调一点：有些工程师为了节省空间，有时让多个电容使用公共过孔，任何情况下都不要这样做。最好想办法优化电容组合的设计，减少电容数量。
1 }; d, M2 y  G7 T: e
由于印制线越宽，电感越小，从焊盘到过孔的引出线尽量加宽，如果可能，尽量和焊盘宽度相同，这样即使是0402封装的电容，你也可以使用20mil宽的引出线，引出线和过孔安装如图5所示，注意图中的各种尺寸。
: E6 y4 B: n  d8 Y  k3 I# q
( W0 o3 H% d6 h8 m以上就是精科裕隆小编给你们介绍的PCB板布局时如何摆放及安装，希望大家看后有所帮助！