電路板通孔的寄生電感分析

對(duì)數(shù)字電路設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，通孔的電感比電容更重要。每個(gè)通孔都有寄生中聯(lián)電感。因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/通孔">通孔的實(shí)體結(jié)構(gòu)小，其特性非常像素集總電路元件。通孔串聯(lián)電感的主要影響是降低了電源旁路電容的有效性，這將使整個(gè)電源供電濾波效果變差。

旁路電容的目的是在高頻段把兩個(gè)電源平面短路在一起。在圖7.5中，如果假設(shè)一個(gè)集成電路在A點(diǎn)連接在電源和地平面之間，在B點(diǎn)有一個(gè)理想的表面貼裝旁路電容。則預(yù)期在芯片焊接點(diǎn)的VCS和地平面之間的高頻阻抗為零。然而，實(shí)際情況并非如此。將電容連接到VCC和地平面的每個(gè)連接通孔電感引入了一個(gè)小的但是可測(cè)量到的電感。這個(gè)電感的大小近似為：

其中，L=通孔電感，NH
H=通孔長(zhǎng)度，IN
D=通孔直徑，IN

因?yàn)樯鲜桨ㄒ粋€(gè)對(duì)數(shù)，所以通孔直徑的改變對(duì)電感影響很小，但通孔長(zhǎng)度的改變可能引起大的變化。

通孔對(duì)于上升沿速度為1NS的信號(hào)的感抗。首先計(jì)算電感：

H=0.063（通孔長(zhǎng)度，IN）
D=0.016（通孔直徑，IN）
T10~90%=1.00（上升沿速度，NS）

從芯片分路高頻電流，3.8歐的值還不夠低。同時(shí)要記住，旁路電容通常一端通過(guò)一個(gè)通孔連接到地平面，另一端也通過(guò)一個(gè)通孔連接到+5V平面，因此通孔電感的影響會(huì)增加一倍。旁路電容貼裝在板子最靠近電源和地平面的一邊，有利于減少其影響。最后，在電容和通孔之間的任何引線都會(huì)增加更多的電感。這些走線應(yīng)該總是盡量寬一些。

在電源和地之間使用多個(gè)旁路電容，可以得到非常低的阻抗。對(duì)于數(shù)字產(chǎn)品，作為一個(gè)粗略的準(zhǔn)則，假設(shè)電源和地平面是理想的導(dǎo)體，電感為零。我們只考慮旁路電容及其相關(guān)走線和通孔的電感。在一個(gè)特定的范圍內(nèi)，所有的旁路電容將如同并聯(lián)，降低了電源和地之間的阻抗。產(chǎn)生這個(gè)效果的有效半徑等于1/12，其中，1是上升沿的電長(zhǎng)度。在1/6的直徑以內(nèi)，所有電容共同作為一個(gè)集總電路。

1NS的上升沿在FR-4材料中的傳播長(zhǎng)度大約為1=6IN。在這個(gè)例子中，電容的柵格間距大于1/12=0.5IN，將不會(huì)有任何好處。

對(duì)于電源的旁路電容，上升時(shí)間越短，旁路會(huì)變得越困難。當(dāng)上升時(shí)間縮短時(shí)，有效半徑的值也變小。有效半徑內(nèi)電容的數(shù)量隨上升時(shí)間的平方而減少。

這是一個(gè)綜合問(wèn)題。限隨著上升時(shí)間的降低，數(shù)字轉(zhuǎn)折頻率上升，使每個(gè)通孔的感抗增加。最后的結(jié)果是，對(duì)于工作在某一頻率的一個(gè)特定配置的旁路電容，當(dāng)我們把上升時(shí)間減半時(shí)，其效果將減小8倍。依據(jù)該比例準(zhǔn)則，從一個(gè)工作頻率范圍得到的經(jīng)驗(yàn)可以很容易地轉(zhuǎn)換到一個(gè)新的工作頻率范圍。