IC电源引脚连接,用于抗干扰和去耦


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关于如何将去耦电容器连接至IC的其他问答环节,人们进行了很多讨论,得出了两种完全相反的方法来解决该问题:

  • (a)去耦电容器应尽可能靠近IC电源引脚放置。
  • (b)将IC电源引脚连接到尽可能靠近电源平面的位置,然后将去耦电容放置在尽可能靠近的位置,但要注意过孔。

图来自Kraig Mitzner的《使用OrCad Capture和PCB编辑器进行完整的PCB设计》,显示了电源引脚之一的过孔和去耦电容位置。 尽管相邻的电源引脚可以通过两条平行走线连接到通孔或去耦电容器,以减少返回电流的电感环路

根据[ Kraig Mitzner ],对于模拟IC,选项(a)更可取。我看到了其背后的逻辑,因为通孔的电感和去耦电容器形成了一个低通LC滤波器,可将噪声远离IC引脚。但是根据[ Todd H. Hubbing ],选项(a):

在您应用一些实际数字并评估折衷方案之前,[...]听起来是个好主意。通常,任何增加电感(而不增加损耗)的方法都是一个坏主意。有源设备的电源和接地引脚通常应直接连接到电源层。

至于选项(b),[ 克雷格·米茨纳Kraig Mitzner)(上图的作者)说,这对于数字电路来说是更可取的,但是他没有解释原因。我知道在选项(b)中,感应环路应保持尽可能的小。但是它们仍然允许IC的开关噪声很容易地进入电源层,这是我要避免的。

这些建议正确吗?他们基于什么确切的推理?


编辑:考虑到IC的过孔通向电容器,过孔应保持尽可能短。它们在图中显示为长迹线,仅用于说明目的。


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在较低的频率下它并不重要,而在较高的频率下会发生奇怪的事情,但是,仅出于一种原因,我在所有一般情况下都更喜欢选项A。在选项B中,通孔和电容器之间走线中的电流实际上从接近零变为开关时的尖峰,并且在开关操作结束时必须反向以对电容器充电。
Trevor_G

此处未显示的另一个选项是将电源平面过孔置于IC下方。在布局限制允许的情况下,这允许将过孔和电容器等距放置到电源引脚。
多项式

Answers:


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用夸大的值运行一些基本的模拟,很显然,您最终要权衡尖峰高度与环高度。

在此处输入图片说明

使用电路A,在IC Vcc引脚上得到的尖峰较少,而在环路上更多,而对于电路B,则相反。

注意电路中电容器的走线中的电流,但它会反向。

您未显示的另一个选项是将电源平面过孔置于IC下方,以使走线长度相等。如第三幅图所示,这为您提供了两全其美的优势。同样,上限线中的电流反向。

从这些图表中,我实际上会说电路A对于数字电路更好,因为平滑的边缘比纹波更麻烦,而电路B对于模拟电路更好。最终,C是最好的。但是,当涉及到“更好”这样的术语时,意见就会发挥作用。

最终,无论哪种方式,您都需要将电容器和过孔保持在靠近引脚的位置,并在它们之间使用最少的走线,以使走线电感最小。例如,使用Peufeu的答案使用紧垫/通孔组合。


感谢您的模拟和见识。但是,对于(a)或(b)分别对模拟和数字而言都更好,我现在比以前更加困惑。您的推理与Kraig Mitzner的相反。另外,我想问一个问题,为什么电流反向如此严重。再次感谢你。
andresgongora

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您启发了我进行相同的仿真,但是注意电源平面上的电压(我在过孔和电路中的电压源之间添加了一个额外的电感器,并在那里进行了测量)。设置(a)会有一些波动,但只有10mv左右。设置(b)具有相似的纹波,但是在非常高的频率下,我会得到大约-0.7V的巨大电压尖峰。你是绝对正确的。(a)对于数字而言要好得多,因为它可以使HF噪声远离功率分布。同样,具有最小电感的(c)对于IC表现最佳,但不能防止HF噪声进入功率分布。
andresgongora

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我同意Trevor的结果。选项(a)更适合数字电路。
吉尔

@Guill忽略选项(c),两个独立的痕迹,而仅考虑(a)和(b):Trevor的结果暗示Mitzner和Hubbing(在Q中引用的作者)似乎错了,因为(a)看起来更好比(b);直观地以及在仿真中。但是,我相信这还有更多的内容,以及它们都提出(b)而不是(a)的原因。毕竟,其中一个是为Orcad工作的...我还有其他资料可以去找吗?
andresgongora

@Trevor_G我已经接受了您的回答,因为它似乎经过了充分的推理,并且模拟有很大帮助。我对最终结果为什么与其他作者(对我来说是权威的)矛盾感到有些困惑。无论如何,我都会跟随您的
步伐

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为了获得最低的电感,请将通孔接地层放置在盖的侧面,而不要放在细线的末端。您可以放置​​两个通孔,每侧一个,这甚至更好。

在此处输入图片说明

(阅读源代码

现在,考虑到所示电路,该IC采用SOP或SSOP封装,这意味着封装内部存在超过5nH键合引线和引线框电感。电源线中多余的nH迹线电感将无关紧要。如果这是数字芯片,则可以通过图片右侧的占位面积实现最佳的平面去耦,并且可以将IC的电源引脚连接至电容的焊盘。

如果这是数字平面上的敏感模拟芯片,那么在电容帽之前增加电阻和/或铁氧体是一个更好的主意。


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试想一下,在以下情况中:(a)将通孔连接到尽可能靠近IC引线的位置,并在其旁边连接去耦电容器;而在(b)中,我做的完全一样,但反之。现在,走线尽可能短,如图中所示(最小电感)。现在,哪种配置最适合使电源平面与开关噪声尽可能地分离?那是我真正感到困惑的地方。谢谢:)
andresgongora
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