Thin Laminates:是埋电容还是什么?.doc
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在关于旁路电容的正确选择的激烈辩论之后,下一个可能成为最优争议的话题是薄层板。它们真的是有益的吗?我们真的需要它们吗?自20世纪90年代初以来,薄层板大多数作为埋电容销售,很多次还暗示,至少含蓄地表示使用薄层压板,我们可以消除机主板上的高频旁路电容。这真的可能吗?答案在薄层板的电学特性中。一对矩形平行板导体,一种电源/接地层对,被电介质隔开,如图1所示,形成静态电容。图1:一对金属层形成一个平行板电容器。C电容和层压板(eoer)的电介质常数,导体面积(l*w)成正比,与电介质厚度(h)成反比:自由空间的介电常数,e0为8.85pF/m,我们大多数的PCB层压板er相对介电常数大约为4。这个表达式告诉我们“埋电容”的名字从何而来:一个电源/接地层对给予我们埋在叠层下的电容,因为我们使用了更薄的绝缘板和/或更高的介电常数,我们获得了更多的电容。一个一英寸正方形电源-接地对,50um(2-mil)埋电容绝缘板产生大约450pF的电容。如果我们把电介质的厚度增加一倍,电容下降1/2,如果我们把电介质厚度减少一半,电容增加一倍。一个简单的叠层选择,如图2所示,使我们有机会以增加电容值:把电源层和接地层相邻放置,中间没有信号层,我们可以把平面层放置得更近一些,就能获得更多的电容值。当我们把一个信号层安置在电源层和接地层中间时,最小分隔距离受到最窄蚀刻可靠性限制。我们越接近平面,我们越需要使用更窄的轨迹来保持我们的阻抗目标。对于50欧姆的轨迹,假设普通材料和工艺,平面到平面分隔距离被限制在10密耳(250微米)或更多。相反,如果我们将电源层和接地层配对,我们可以把层靠得非常接近,仅受到有限的表面粗糙度造成短路的风险。注意,图2仅显示了多层堆栈的一部分,在一个完整堆栈的定义过程中,我们需要考虑各种附加因素,如电路板的对称性、厚度等。图2:我们可以通过把电源层和接地层相邻放置,中间没有信号层,以获得更多静电电容。因此,如果我们在电源-接地层上使用薄层板,我们真的可以消除电路板上的很多旁路电容吗?答案是肯定的,但并不是因为薄层压板,而由于其较低的电感。图3显示了在一块电路上测量的电感,和我们之前的专栏HYPERLINK"http://www.pcbdesign007.com/anm/anmc.cgi?a=76139&l=http%3A%2F%2Fwww.ems007.com%2Fpages%2Fzone.cgi%3Ftopic%3D0%26artcatid%3D%26a%3D73398%26artpg%3D1%26artid%3D73398%26pg%3D1"\t"_blank"TheBigBangandthePowerDistribution中图2和图3上显示的相似。图3:测量一个2-mil电介质裸PCB上电源轨道的自感量级。该图的垂直刻度是dBohm。零dBohm对应一欧姆,-20dBohm为0.1欧姆,等等。低频率曲线显示了一条直线下坡,在对数刻度中这表明电容。我们可以计算出静电电容,例如从60MHz频点,该点阻抗为零dBohm,或一欧姆。此值相当于3nF静电电容。200MHz曲线有一个最低限度,之后有一个上坡,对应于电感。如果现在我们忽略共振(我们将在以后的专栏文章中谈到),我们可以用一个平均线近似这条曲线,平均线通过零dBohm。这相当于大约150pH电感。3nF静态电容在电源轨道上不是很多:除非电路产生很少很少的电力,通常我们需要更多的电容来保持电阻在较低频率,在我们目标值以下。锡层压板带来的真正的好处是它的低电感。平面对的电感大约为L[pH]=33*h[mil],在上面我们2-mil的平面分离中产生66pH。相对于层压板的静电电容,它在平面上的任何地方都保持不变,电感随位置的变化而不同。这是平面中的最低点,在两侧和边缘大幅上升。图3的阻抗是在一个角落里测量的,这说明了150pH的电感值(而不是预期的2-mil厚度上66pH)。但是这个电感即使在角落里,也远远低于我们我们在一个单个旁路电容中可实现的。与此相反,一个单个的旁路电容电感通常约为1nH,比2-mil平面对的平均电感至少高10倍。无论是离散的旁路电容还是电源接地平面对,阻抗变成了在串联谐振高频之上的感应。在高频率下,最重要的就是电感,薄层板确实产生非常低得电感。所以,当谈到薄层板,要想想他它们的电感系数,而不是它们的电容。