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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。+ w" E- \$ W- f% ?2 e o& a( P0 E
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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！$ w( E! @) x. U1 x$ q8 P, G
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尖峰电流的形成
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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。
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7 H: d7 T4 B2 x2 |& o7 Z1 n产生尖峰电流的主要原因
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7 m& ~5 W8 Y7 K$ S' h& v Y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。9 [' k% J$ {$ A3 \ f7 E
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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。
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) z) T6 i& }2 k j' P R1 [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。7 Q+ h2 \8 b% e3 B; u
# [- U1 H% @+ c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。* ?3 L6 e* a# A7 R
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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。
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) F( U: D* \- R, v6 A! D7 M尖峰电流的抑制方法 Z3 x- d, w5 G. K! f
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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；
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" Z% m4 T8 K3 G; j$ v2、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；- _4 j ~# Z. I
( w+ o2 ^! T& U$ N3、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。* L1 J. B; @! q1 n
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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。5 T$ P1 X/ H: Q+ X
' g" n8 S) S2 z, V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。
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q3 C0 A/ F a- w, A3 \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：# E! u! ~6 X, R X) P
/ ?5 Y' C2 z. z% g, N ~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。) K8 W) x9 K7 j8 z$ v6 N& I
5 {2 H" F8 ^! r) I- p" }/ W, ^8 ^10uF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。1 X9 D* a- p3 M# q$ m4 O
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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。
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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。$ }% ^) ]5 ]: o/ s/ { ~
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PCB布局时去耦电容摆放
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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。
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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。4 g: _( U) ^2 b3 y
9 c5 W' @' f6 i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。
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6 q9 r" N5 X6 `( G0 j' z5 g电容的安装9 p7 [ v% x, o# T; t! x, R$ R
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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。
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; \$ |) e0 n. y4 p- w7 w* W$ }/ O1、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；1 I/ g! ~# j' `
# i' Q' m2 [( O2 l: c( j* g; m2、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；( Q, K& Z5 _* j5 w% D3 Y
% V0 i. l$ `' O- f+ M b3、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 R+ Q3 ~( P H4 H
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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；
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! [( F4 @/ c. H" e; r6 N5、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。
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$ a5 N' V$ n) U, K+ ~; p推荐使用第三种和第四种方法。
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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。
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$ {( H) S! {/ W, J: Q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。/ Z5 r% K, B1 s" C, [
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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！ |
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发表于 2021-9-24 16:11:41
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