AC耦合電容的影響,你真的知道嗎?

來源:一博自媒體 時間:2020-7-20 類別:微信自媒體

公眾號 | 高速先生
B站 | 一博科技
作者 | 黃剛(一博科技高速先生團隊隊員)

原理圖上看似輕描淡寫,PCB設計加班到半夜。隨著信號速率越來越高,原理圖的內容在PCB設計上去實現變得越來越難,圖紙上任意的一根理想連線或者器件到了PCB工程師這里可能也無從下手。不信?那就接著往下看唄!
 
隨著速率越來越高,原理圖上的一根連接線在PCB設計上就包括了阻抗匹配,長度約束,加工偏差,板材選型,等長設計,過孔設計等內容。那么廣大硬件工程師可能會不服氣了:那就不說線,說下元器件,這一塊是我們的強項了吧!我們在器件選型上也花了很多時間,而且也要很熟悉硬件原理的,然后你們在PCB上把封裝建出來然后放到PCB板就可以了嘛。乍一聽,好像硬件工程師們扳回一局了,但是高速先生依然要和你們“爭執”下去,我們要說的是,即使是一個簡單的電容,其實在PCB設計也是很有學問的哦,你們確定了解嗎?
 
今天我們來講一下高速串行信號中非常常見的AC耦合電容。對!就是下面原理圖里面的這個玩意。我們今天就來研究一下它對高速信號的影響。

 作為一個電容,可能更多的粉絲會在電源網絡中見到過它們。一般來說,電容用在電源網絡中起到去耦的作用,也就是抑制高頻噪聲的作用。一般來說,我們加入了不同容值的電容,就能夠起到降低某些頻段的PDN阻抗的作用。如下所示,我們加入了一個在高速鏈路中常有的0.1uF電容,也能夠壓低10M到25MHz頻段的阻抗。為什么是這個頻段,為什么不能壓掉全頻段的阻抗,這個高速先生也提過很多次了,今天它不是主角,就不再重復了。
 
那么如果同樣的電容放在了高速串行鏈路中后,它對高速信號的性能有什么影響呢?為了公平起見,我們還是從原理上和PCB設計這兩點去分析哈。

首先從原理上而言,當然大家都知道AC耦合電容是用于隔直流,也就是在共模信號隔掉。從這一點來看,貌似就是一個很簡單的原理。但是我們需要知道,電容本身其實就不是理想的東西,即使它不焊接到PCB上面去,它也是由下面的等效參數來組成一個電容,我們把這些參數叫做電容的寄生參數。
 
所以從仿真中就能看到,一段若干長度的傳輸線加上一個0402的電容的情況下,電容本身帶入的寄生參數會增加一定的損耗。
 
其實這個時候大家就會驚訝的發現,同樣的0.1uF電容,如果采用不同的封裝大小時,結果肯定會有所不同。
 
因為封裝越大的電容,它本身的寄生參數也就越大,因此寄生電感帶來的損耗會更大。所以單從這個器件選型的角度看,選擇封裝越小的電容影響也是越小的。
 
另外擴展一下哈,對于如何去查看PCB走線的寄生電感,寄生電容等設計小技巧,可以去觀看高速先生隊長親自拍攝的視頻。


當然從上面的內容看,從0201到0603的電容選型,仿佛覺得對損耗的影響也不是很大嘛,再說如果選擇0201的話,其實基本就沒有影響了唄。恩!這個觀點高速先生其實勉強算同意吧,那么我們再來看看如果把這個電容加到PCB板上之后會怎么樣呢?

高速先生大概做了一個3D的模型,可以用來分析下一個0402的電容放在PCB焊盤上到底對信號質量有什么影響。
 
這個時候你們就會發現,影響到信號性能的因素就不僅僅是電容本身的寄生參數了,反而是變成了如何去優化電容體+焊盤的阻抗了。阻抗如果不匹配的話,它對回波損耗和插入損耗的因素是非常大的。有多大呢?高速先生列出我們仿真的數據如下,一個未經過仿真優化的電容結構帶來的插入損耗和回波損耗的結果如下:
 
這個時候我們再來對比下理想的電容和放到PCB上未優化的電容對于損耗的對比。
 
這個時候你們就能明顯看到差別了吧。這其實也說明了仿真對電容優化的重要性,電容絕不只是擺到PCB焊盤上面就OK了哈。

當然時間關系,其實還有很多關于電容在PCB上要注意的點來不及說哈,例如不同封裝大小的電容的優化方向,電容在高速鏈路中不同位置的區別等等,有機會高速先生再和大家一起分享吧!

上一篇:你相信有一天BGA里面不能走差分線嗎?下一篇:有些測試,還真不是你夠努力就能測出來的

文章標簽

案例分享 Cadence等長差分層疊設計串擾 串行 DDR | DDR3DFM 電阻電源Fly ByEMC反射高速板材 HDIIPC-D-356APCB設計誤區PCB設計技巧 SERDES與CDR S參數 時序射頻 拓撲和端接 微帶線 信號傳輸 Allegro 17.2 小工具 阻抗


線路板生產

熱門文章

典型案例


南宁麻将胡牌图示 体彩11选5中奖规则表 江西11选五开奖走势图一定 贵州茅台股票分析论文 腾讯五分彩定位胆怎么玩 炒股软件哪个最好?佣金最低 幸运夺金是什么项目 山西体彩十选五开奖结果 排列3走势图带连线 刘伯温全年料四肖选一肖 上海快3最新开奖定牛上海快三走势图