PCB设计中如何选择电容器组合

PCB设计中如何选择电容器组合

正如我们前面提到的，瞬态电流的变化相当于一个阶跃信号，并且具有很宽的频谱。 因此，为了补偿这种电流需求，需要在宽频率范围内提供足够低的功率阻抗。 但不同电容器的有效频率范围不同，这与电容器的谐振频率有关（严格来说应该是安装后的谐振频率）。 有效频率范围（电容器能够提供足够低阻抗的频率范围）是谐振点附近的一个小频率。 因此，为了在宽频率范围内提供足够低的功率阻抗，需要许多不同的电容器组合。

你可能会说，只要一个电容，只要并联的电容数量足够多，阻抗就可以一样低。 确实如此，但在实际应用中，您可以计算出，大多数时候，所需的电容非常大。 如果你真的想这样做，你的电路板可能充满了电容器。 这既不专业，也没有必要。

选择电容组合时需要考虑很多问题，比如选择什么封装、什么材料、电容值多大、电容值之间的间隔有多大、主时钟频率及其谐波频率是多少、信号上升等 时间，需要根据具体设计进行专门设计。

一般来说，钽电容或电解电容用于板级低频去耦。 电容的计算方法前面已经讲过。 需要注意的是，最好并联使用几个或多个电容器，以减少等效串联电感。 这两个电容的Q值很低，频率选择性不强，非常适合板级滤波。

高频小电容的选择有些麻烦，需要分频计算。 待解耦的频率范围可以分为几个部分。 每个部分单独计算。 多个相同电容值的电容器并联使用，以满足阻抗要求。 不同的频段选择不同的电容值。 然而，在该方法中，频带的划分需要根据计算结果不断调整。

一般可分为三到四个频段，这就需要三到四个容量级别。 事实上，选择的电容级别越多，阻抗特性越平坦。 然而，没有必要使用很多电容级别。 当然，阻抗的平坦度好，但我们的最终目标是总阻抗小于目标阻抗，只要满足这个要求即可。

某一级别选择的容量值取决于系统时钟频率。 前面提到，电容器并联存在反谐振。 设计时要注意不要让时钟频率的谐波落在反谐振频率附近。 例如，如果零点法等级选择0.47、0.22、0.1或其他值，则应计算以下安装后的谐振频率。

还有一点需要注意的是，容量值的额定值不要超过10倍。 例如，您可以选择 0.1、0.01 和 0.001 等组合。 因为这样可以有效控制反谐振点阻抗的幅度。 如果间隔太大，反谐振点阻抗就会很大。 当然，这也不是绝对的。 最好用软件看一下，最终的目标是反谐振点的阻抗能够满足要求。

高频小电容的选择是一个迭代寻找最优解以获得最优组合的过程。 最好的办法是粗略计算出近似组合，然后使用电源完整性仿真软件进行仿真，然后进行局部调整以满足目标阻抗要求。 这样直观方便，更容易控制反谐振点。 此外，还可以添加电源层的电容进行联合设计。

常规设计中一般选用陶瓷电容，容量较小。 NP0介质电容器的ESR要低得多。 可局部使用，阻抗控制更严格。 但需要注意的是，该电容的Q值非常高，可能会引起严重的高频振铃。

只要处理能力允许，封装越小越好。 这样可以获得更低的ESL，并且可以预留更多的布线空间。 然而，不同的封装具有不同的谐振频率点和电容范围，这可能会影响最终的电容。 因此，电容器封装尺寸和电容值应共同考虑。 总之，最终的目标是用最少的电容达到目标阻抗要求，减少安装和接线的压力。 PCB组装及PCB加工厂家讲解PCB设计中如何合理选择电容组合。