電容的安裝方法

電容的擺放

對于電容的安裝，首先要提到的就是安裝距離。容值zui小的電容，有zui高的諧振頻率，去耦半徑zui小，因此放在zui靠近芯片的位置。容值稍大些的可以距離稍 遠，zui外層放置容值zui大的。但是，所有對該芯片去耦的電容都盡量靠近芯片。另外的一個(gè)原因是：如果去耦電容離IC電源引腳較遠，則布線(xiàn)阻抗將減小去耦電容 的效力。 還有一點(diǎn)要注意，在放置時(shí)，zui好均勻分布在芯片的四周，對每一個(gè)容值等級都要這樣。通常芯片在設計的時(shí)候就考慮到了電源和地引腳的排列位置，一般都 是均勻分布在芯片的四個(gè)邊上的。因此，電壓擾動(dòng)在芯片的四周都存在，去耦也必須對整個(gè)芯片所在區域均勻去耦。

電容的安裝

在安裝電容時(shí)，要從焊盤(pán)拉出一小段引出線(xiàn)，然后通過(guò)過(guò)孔和電源平面連接，接地端也是同樣。放置過(guò)孔的基本原則就是讓這一環(huán)路面積zui小，進(jìn)而使總的寄 生電感zui小。圖16顯示了幾種過(guò)孔放置方法。

第 一種方法從焊盤(pán)引出很長(cháng)的引出線(xiàn)然后連接過(guò)孔，這會(huì )引入很大的寄生電感，一定要避免這樣做，這時(shí)zui糟糕的安裝方式。

第 二種方法在焊盤(pán)的兩個(gè)端點(diǎn)緊鄰焊盤(pán)打孔，比第 一種方法路面積小得多，寄生電感也較小，可以接受。

第三種在焊盤(pán)側面打孔，進(jìn)一步減小了回路面積，寄生電感比第 二種更小，是比較好的方法。

第四種在焊盤(pán)兩側都打孔，和第三種方法相比，相當于電容每一端都是通過(guò)過(guò)孔的并聯(lián)接入電源平面和地平面，比第三種寄生電感更小，只要空間允許，盡量 用這種方法。

zui后一種方法在焊盤(pán)上直接打孔，寄生電感zui小，但是焊接是可能會(huì )出現問(wèn)題，是否使用要看加工能力和方式。

推薦使用第三種和第四種方法。

需要強調一點(diǎn)：有些工程師為了節省空間，有時(shí)讓多個(gè)電容使用公共過(guò)孔。任何情況下都不要這樣做。zui好想辦法優(yōu)化電容組合的設計，減少電容數量。

由于印制線(xiàn)越寬，電感越小，從焊盤(pán)到過(guò)孔的引出線(xiàn)盡量加寬，如果可能，盡量和焊盤(pán)寬度相同。這樣即使是0402封裝的電容，你也可以使用20mil 寬的引出線(xiàn)。引出線(xiàn)和過(guò)孔安裝如圖17
所示，注意圖中的各種尺寸。

電容的去耦半徑

電容去耦的一個(gè)重要問(wèn)題是電容的去耦半徑。大多數資料中都會(huì )提到電容擺放要盡量靠近芯片，多數資料都是從減小回路電感的角度來(lái)談這個(gè)擺放距離問(wèn)題。 確實(shí)，減小電感是一個(gè)重要原因，但是還有一個(gè)重要的原因大多數資料都沒(méi)有提及，那就是電容去耦半徑問(wèn)題。如果電容擺放離芯片過(guò)遠，超出了它的去耦半徑，電 容將失去它的去耦的作用。

理解去耦半徑zui好的辦法就是考察噪聲源和電容補償電流之間的相位關(guān)系。當芯片對電流的需求發(fā)生變化時(shí)，會(huì )在電源平面的一個(gè)很小的局部區域內產(chǎn)生電壓 擾動(dòng)，電容要補償這一電流（或電壓），就必須先感知到這個(gè)電壓擾動(dòng)。信號在介質(zhì)中傳播需要一定的時(shí)間，因此從發(fā)生局部電壓擾動(dòng)到電容感知到這一擾動(dòng)之間有 一個(gè)時(shí)間延遲。同樣，電容的補償電流到達擾動(dòng)區也需要一個(gè)延遲。因此必然造成噪聲源和電容補償電流之間的相位上的不一致。

特定的電容，對與它自諧振頻率相同的噪聲補償效果zui好，我們以這個(gè)頻率來(lái)衡量這種相位關(guān)系。設自諧振頻率為f，對應波長(cháng)為λ，補償電流表達式可寫(xiě) 為：

其中，A是電流幅度，R為需要補償的區域到電容的距離，C為信號傳播速度。

當擾動(dòng)區到電容的距離達到λ/4時(shí)，補償電流的相位為π，和噪聲源相位剛好差180度，即完全反相。此時(shí)補償電流不再起作用，去耦作用失效，補償的 能量無(wú)法及時(shí)送達。為了能有效傳遞補償能量，應使噪聲源和補償電流的相位差盡可能的小，zui好是同相位的。距離越近，相位差越小，補償能量傳遞越多，如果距 離為0，則補償能量百 分 之 百傳遞到擾動(dòng)區。這就要求噪聲源距離電容盡可能的近，要遠小于λ/4。實(shí)際應用中，這一距離zui好控制在λ/40-λ/50之間， 這是一個(gè)經(jīng)驗數據。

例如：0.001uF陶瓷電容，如果安裝到電路板上后總的寄生電感為1.6nH，那么其安裝后的諧振頻率為125.8MHz，諧振周期為 7.95ps。假設信號在電路板上的傳播速度為166ps/inch，則波長(cháng)為47.9英寸。電容去耦半徑為47.9/50=0.958英寸，大約等于 2.4厘米。

本例中的電容只能對它周?chē)?.4厘米范圍內的電源噪聲進(jìn)行補償，即它的去耦半徑2.4厘米。不同的電容，諧振頻率不同，去耦半徑也不同。對于大電 容，因為其諧振頻率很低，對應的波長(cháng)非常長(cháng)，因而去耦半徑很大，這也是為什么我們不太關(guān)注大電容在電路板上放置位置的原因。對于小電容，因去耦半徑很小， 應盡可能的靠近需要去耦的芯片，這正是大多數資料上都會(huì )反復強調的，小電容要盡可能近的靠近芯片放置。

綜上所述，在選擇去耦電容時(shí)，需要考慮的因素有電容的ESR、ESL值，諧振頻率，布局時(shí)要注意根據IC電源引腳的數目和周?chē)季?空間決定去耦電容數目，根據去耦半徑?jīng)Q定具體的布局位置。