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陶瓷电容去耦的一个重要问题是电容的去耦半径,如果电容摆放离芯片过远,超出了它的去耦半径,电容将失去它的去耦的作用,因此我们要知道陶瓷电容的去耦半径,避免超出半径导致未发挥去耦效果。
当芯片对电流的需求发生变化时,会在电源平面的一个很小的局部区域内产生电压扰动,陶瓷电容要补偿这一电流(或电压),就须先感知到这个电压扰动。信号在介质中传播需要一定的时间,因此从发生局部电压扰动到电容感知到这一扰动之间有一个时间延迟。同样,陶瓷电容的补偿电流到达扰动区也需要一个延迟。因此必然造成噪声源和陶瓷电容补偿电流之间的相位上的不一致。
特定的陶瓷电容,对与它自谐振频率相同的噪声补偿效果好,我们以这个频率来衡量这种相位关系。设自谐振频率为f,对应波长为λ,当扰动区到陶瓷电容的距离达到λ/4时,补偿电流的相位为π,和噪声源相位刚好差180度。此时补偿电流不再起作用,去耦作用失效,补偿的量无法及时送达。
为了能传递补偿量,应使噪声源和补偿电流的相位差尽可能的小,是同相位的。距离越近,相位差越小,补偿量传递越多,如果距离为0,则补偿量传递到扰动区。这就要求噪声源距离陶瓷电容尽可能的近,要远小于λ/4。实际应用中,这一距离控制在λ/40-λ/50之间。
例如:0.001uF陶瓷电容,如果安装到电路板上后总的寄生电感为1.6nH,那么其安装后的谐振频率为125.8MHz,谐振周期为7.95ps。假设信号在电路板上的传播速度为166ps/inch,则波长为47.9英寸。电容去耦半径47.9/50=0.958英寸,大约等于2.4厘米。
当然,不同的电容,谐振频率不同,去耦半径也不同。对于大电容,因为其谐振频率很低,对应的波长非常长,去耦半径也很大,对于小电容,因去耦半径很小,应尽可能的靠近需要去耦的芯片,这样才能发挥去耦作用。
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