PCB設(shè)計中如何選擇電容器組合

正如我們前面提到的，瞬態(tài)電流的變化相當(dāng)于一個階躍信號，并且具有很寬的頻譜。 因此，為了補(bǔ)償這種電流需求，需要在寬頻率范圍內(nèi)提供足夠低的功率阻抗。 但不同電容器的有效頻率范圍不同，這與電容器的諧振頻率有關(guān)（嚴(yán)格來說應(yīng)該是安裝后的諧振頻率）。 有效頻率范圍（電容器能夠提供足夠低阻抗的頻率范圍）是諧振點(diǎn)附近的一個小頻率。 因此，為了在寬頻率范圍內(nèi)提供足夠低的功率阻抗，需要許多不同的電容器組合。

你可能會說，只要一個電容，只要并聯(lián)的電容數(shù)量足夠多，阻抗就可以一樣低。 確實如此，但在實際應(yīng)用中，您可以計算出，大多數(shù)時候，所需的電容非常大。 如果你真的想這樣做，你的電路板可能充滿了電容器。 這既不專業(yè)，也沒有必要。

選擇電容組合時需要考慮很多問題，比如選擇什么封裝、什么材料、電容值多大、電容值之間的間隔有多大、主時鐘頻率及其諧波頻率是多少、信號上升等 時間，需要根據(jù)具體設(shè)計進(jìn)行專門設(shè)計。

一般來說，鉭電容或電解電容用于板級低頻去耦。 電容的計算方法前面已經(jīng)講過。 需要注意的是，最好并聯(lián)使用幾個或多個電容器，以減少等效串聯(lián)電感。 這兩個電容的Q值很低，頻率選擇性不強(qiáng)，非常適合板級濾波。

高頻小電容的選擇有些麻煩，需要分頻計算。 待解耦的頻率范圍可以分為幾個部分。 每個部分單獨(dú)計算。 多個相同電容值的電容器并聯(lián)使用，以滿足阻抗要求。 不同的頻段選擇不同的電容值。 然而，在該方法中，頻帶的劃分需要根據(jù)計算結(jié)果不斷調(diào)整。

一般可分為三到四個頻段，這就需要三到四個容量級別。 事實上，選擇的電容級別越多，阻抗特性越平坦。 然而，沒有必要使用很多電容級別。 當(dāng)然，阻抗的平坦度好，但我們的最終目標(biāo)是總阻抗小于目標(biāo)阻抗，只要滿足這個要求即可。

某一級別選擇的容量值取決于系統(tǒng)時鐘頻率。 前面提到，電容器并聯(lián)存在反諧振。 設(shè)計時要注意不要讓時鐘頻率的諧波落在反諧振頻率附近。 例如，如果零點(diǎn)法等級選擇0.47、0.22、0.1或其他值，則應(yīng)計算以下安裝后的諧振頻率。

還有一點(diǎn)需要注意的是，容量值的額定值不要超過10倍。 例如，您可以選擇 0.1、0.01 和 0.001 等組合。 因為這樣可以有效控制反諧振點(diǎn)阻抗的幅度。 如果間隔太大，反諧振點(diǎn)阻抗就會很大。 當(dāng)然，這也不是絕對的。 最好用軟件看一下，最終的目標(biāo)是反諧振點(diǎn)的阻抗能夠滿足要求。

高頻小電容的選擇是一個迭代尋找最優(yōu)解以獲得最優(yōu)組合的過程。 最好的辦法是粗略計算出近似組合，然后使用電源完整性仿真軟件進(jìn)行仿真，然后進(jìn)行局部調(diào)整以滿足目標(biāo)阻抗要求。 這樣直觀方便，更容易控制反諧振點(diǎn)。 此外，還可以添加電源層的電容進(jìn)行聯(lián)合設(shè)計。

常規(guī)設(shè)計中一般選用陶瓷電容，容量較小。 NP0介質(zhì)電容器的ESR要低得多。 可局部使用，阻抗控制更嚴(yán)格。 但需要注意的是，該電容的Q值非常高，可能會引起嚴(yán)重的高頻振鈴。

只要處理能力允許，封裝越小越好。 這樣可以獲得更低的ESL，并且可以預(yù)留更多的布線空間。 然而，不同的封裝具有不同的諧振頻率點(diǎn)和電容范圍，這可能會影響最終的電容。 因此，電容器封裝尺寸和電容值應(yīng)共同考慮。 總之，最終的目標(biāo)是用最少的電容達(dá)到目標(biāo)阻抗要求，減少安裝和接線的壓力。 PCB組裝及PCB加工廠家講解PCB設(shè)計中如何合理選擇電容組合。