电容器是板状配电网络(PDN)的骨干然而，与将电容器连接到PDN一样重要的是它们是如何连接的如果你认为用一英寸长的5毫米痕迹连接它们是一个好主意，你可能想要重新考虑(或者也许你还生活在70年代?)显然，这是一个极端的例子，但有一些细微的差别，以连接到板电容，以最大限度地发挥其作为PDN的一部分的效率，下面我们就来说一说关于电容器与电源如何连接?我们一起去了解并探讨一下这个问题吧!
电容器与电源如何连接
电容器是板状配电网络(PDN)的骨干。然而，与将电容器连接到PDN一样重要的是它们是如何连接的。如果你认为用一英寸长的5毫米痕迹连接它们是一个好主意，你可能想要重新考虑(或者也许你还生活在70年代?)显然，这是一个极端的例子，但有一些细微的差别，以连接到板电容，以最大限度地发挥其作为PDN的一部分的效率。
保持电源和接地阻抗尽可能接近。
电容器是令人惊奇的小元件。它们让我们的相机闪光灯不停地闪着，让我们的电击枪眩晕，让我们的电动马达启动，让我们的音响砰砰响。在PCB(印制电路板)上，1保持为1 0保持为0。电容器构成了PCB配电网络(pdn)的支柱，高速数字设备离不开它们。电容器不仅为集成电路提供高频能量，而且还为在它们之间传输的信号提供交流返回电流路径。但是，如果没有正确安装到电路板上，它们的用处就会大不如前，有时甚至毫无用处。
你可能已经看到了将电容安装显示为好的、更好的和最好的设计指南。“不要用长导线连接电容器。”那么，多长才算太长呢?“更好”到底好多少?当然，答案会因具体PCB的不同而有所不同，但我开始分析一些更常见的情况，并对它们进行量化。
我创建了一个10“乘10”的测试板，连接了一个由1000402个电容器组成的阵列，并分析了不同安装的性能。
0402型是比较常见的高频电容尺寸之一，我使用的是0.22µF电容。更常见的值可能是0.1µF，但对于给定的电容器本体尺寸，使用最大的电容通常是一个好主意。这是因为安装电容器的电感是其性能的限制因素，体积越小的电容器电感越低。因此，对于给定的车身尺寸或电感，最大的电容将在尽可能宽的频率范围内产生最低的阻抗。如果真有1000µF 0402的电容器，那就是用的电容帽!
PDN设计的主要目标是最小化电源和地面之间的阻抗，跨越一个频率范围。在高频世界中，电源与地之间的电容越大，阻抗就越低。电源与地之间的电感越低，阻抗越低。由于0402电容很小，所以电感小。然而，它们的小尺寸也限制了它们内部的容量，所以你需要使用大量的并联它们来获得大容量。
为了分析我们的电容器网络的阻抗，我们可以使用一个分析工具来生成我们的配电网络的阻抗图，或z参数。我开始分析测试板的阻抗与电容连接到电源和接地通孔5 mil痕迹，50 mil长。
在试图减少电感的痕迹连接，我扩大这些痕迹从5密耳到20密耳。得到的阻抗图如图2中粉红色所示。基本上，只有微小的改善。这种配置的主要问题是通孔之间的距离，因为它为电源和接地之间的连接创建了一个大的环路区域。因此，对于我的下一个配置，我移动的通孔尽可能接近，使用一个通过在pad配置。这几乎是10MHz以上阻抗低一个数量级。
需要注意的是，这种分析是使用所谓的集中分析进行的。这种分析可以用电子表格或其他简单的PI工具来完成，它基本上把所有的电容器和板电容集中在一个节点上。它是一个很好的计划工具，但是应该理解它的局限性。PI工具可以使用实际的板几何形状来进行轨迹、通孔和连接到电容器的平面，这将为电容器的安装性能提供有价值的数据。这就是集中分析中使用的方法。然而，除了挂载的寄生效应之外，还有与连接到IC的电容相关的其他寄生效应。为了包括这些影响，执行分布式分析，查看IC位置的PDN阻抗。在图2中，橙色的波形是分布分析的结果，通过在pad电容器。结果看起来比集中结果(红色部分)糟糕得多。
我们如何改进这些结果?如前所述，从IC的角度来看，安装只是电容对PDN的影响的一部分。为了最小化PDN阻抗，整个环路区域，因此，电容和IC之间的电感必须最小化。在本例中，电容器被连接到堆叠的第3层和第6层的平面上，这两层间隔非常远(在本例中为36密耳)，如图1所示。这其实是六层板堆砌中很常见的做法，可以看出效果很差。如果电容被连接到第6层和第7层，只有3密耳的距离，结果大大改善。虽然这一改变会导致连接到平面的距离变长(与橙色图相比)，但减少的平面间距会导致到IC的阻抗路径更低。如果电容被连接到第2层和第3层的平面，则通过连接的距离会变短，结果得到了轻微的改善(浅蓝色的图)。在这里，你可以看到在堆叠中接近电源/接地间距的重要性。进一步的改进还可以通过将所有的电源/接地面并联起来(如黄色所示)。
能否进一步改善?使用一些特定于pi的技术(通常会产生额外的成本)也会有所帮助。例如，使用反向宽高比电容器，如0204，可以使安装电感更小(如图中灰色部分所示)。使用非常薄(>1 mil)具有很高介电常数的专用板电容材料也可以提供额外的解耦电容，以及缩小环路电感。对于我的样品板，我用Dk为16的0.3 mil介质替换了3 mil介质，并看到了PDN阻抗的实质性改善(白色显示)。
综上所述，最大限度地提高电容器的效率是关于保持电源和地面尽可能接近。通孔连接电容器应尽可能接近，并连接到一个平面对尽可能接近。在你的PCB设计中做这些简单的事情将保持电容器快乐和高效。
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