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电巢直播8月计划
楼主: A19861008
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为什么四层板教材内层都是建议一层电源层,一层地层呢

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发表于 2013-12-27 10:54 | 只看该作者
《信号完整性分析》 Eric Bogatin
& O  z# A7 j: {9 [0 n6 a- H网上搜就有下载了。

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发表于 2013-12-27 18:54 | 只看该作者
内层是什么,硬件工程师都会做一个评估,内层一层电一层地有,两层都地的也有,内层两层同时走线的也有,不同的PCB板对信号的质量要求不同。

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发表于 2013-12-27 19:49 | 只看该作者
李明宗伟 发表于 2013-12-26 19:38* `# T7 x; |5 d: g0 L  A
多看书!

. F* q0 S2 w% d上述论述基本正确,但是混淆了两类电容用途的概念,一个是给ic提供瞬间能量的电容,需要较大的容量,一个是滤除高频噪声的电容,把多层板间的电容当作IC“蓄水池”电容利用是错误的,多层板间的电容最大优点是等效串联电感最小,对高频噪声的滤除作用很强,这是其他任何外加电容都无法比拟的。

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发表于 2013-12-27 21:12 | 只看该作者
电源很重要的一块,电源分配网络是为整个系统供电的,如果没有这个平面,电源完整性会有缺陷,等效电容应该也是很重要的一部分!

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发表于 2013-12-27 21:26 | 只看该作者
本帖最后由 李明宗伟 于 2013-12-28 00:38 编辑
/ b) B) j) Y# z+ E5 r
myexpma 发表于 2013-12-27 19:49) i3 Q* l2 |1 a. K; X6 N, G
上述论述基本正确,但是混淆了两类电容用途的概念,一个是给ic提供瞬间能量的电容,需要较大的容量,一个 ...
" C. y# x. p! r' `' d; O! _. m
& f1 _1 Z$ J5 b
谢谢21楼的提醒。1 _% L" }6 b! E! Z) H- U. K' A

) r1 ^/ O) ~7 ?8 u“多层板间的电容最大优点是等效串联电感最小”的说法不正确。  w. m% a) G0 u; }- g
% r. Y' F! R; a  h4 g
电源平面和地平面之间的耦合电容并不是回路电感最小的原因。再一次强调,电源平面和地平面之间的耦合电容基本没有实际意义。: p" F6 j5 I/ Z: D

8 V8 ?1 \8 G) P& O电源平面和地平面之所以能提供低电感路径,是因为只要存在电源平面和地平面,则电路板上的任何信号路径都能与其返回路径完全重合,从而实现回路自感最小。这个是有严格的证明。
/ M- x6 d% e: S/ W. G& ~
8 q* P4 R- k$ f5 }简单来讲,回路电感=信号路径自感+返回路径自感-2*信号路径与返回路径互感。当信号路径都能与其返回路径完全重合,耦合最好,互感最大,从而使回路自感达到最小。从这可以看出,这和耦合电容毫无关系。% E9 A" \: f6 u

+ u1 Q) O5 n: `' s& h! Y
1 W, a  D# s  F$ ?* B8 D" \! G# |) w6 X2 p; [. w
" p1 I# Z0 C1 f% ?& C8 ]

) b- y% t2 m. A* S1 x

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发表于 2013-12-27 23:44 | 只看该作者
本帖最后由 阿科GL 于 2013-12-27 23:49 编辑 & s. E0 o$ q7 a
李明宗伟 发表于 2013-12-27 21:26! l/ `  _2 L1 v8 E. k: z" J) c, {4 x
呵呵,“多层板间的电容最大优点是等效串联电感最小”,看到这个我就笑了,不懂装懂。
" D0 {& N2 r4 l- v0 [
* B& d: i( k8 Z& o电源平面和地平 ...
, y# Y" H! ^4 M3 I

8 h/ u; q% H( G. M9 o$ x放轻松一点,这里是交流的地方,既然是交流,肯定说的不妥的地方,不用生气较真,重要的是在交流中学到知识和提高,
3 r! a5 Q' I. K& l7 y: l, G2 T$ o1 k三人行必有我师,多交流,少教导。9 O+ n$ N/ V1 @( l+ _
我也是新手,希望多流你和经验。

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发表于 2013-12-29 19:45 | 只看该作者
本帖最后由 myexpma 于 2013-12-29 19:55 编辑 $ V# U; V7 ^0 H- b
李明宗伟 发表于 2013-12-27 21:26; L! F+ f$ E8 @, @4 [! L3 c  t: X
谢谢21楼的提醒。
4 H( k8 L( m( C: I- Z! Y* H& b# P0 j5 t/ R7 {
“多层板间的电容最大优点是等效串联电感最小”的说法不正确。
# s2 _: ], z. {* y8 o

/ [" W" e: D( a6 l* Q) B至于什么是回路自感,真不明白。
( G2 R" ~# g+ Q6 B( W0 h但是,我们知道任何外加的电容,不论是插装还是表贴,都要通过PCB上的焊盘和导线接入电路,这相比PCB层间的电容来说必然会增加串联电感,导致滤波效果下降。请问什么电容的等效串联电感能比PCB层间电容的等效串联电感小?当然PCB层间电容不是万能的,它只对高频噪声有滤除作用,因此在IC等元件的电源和地之间通常还要并联其他不同容值的电容。

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发表于 2013-12-29 22:11 | 只看该作者
本帖最后由 李明宗伟 于 2013-12-30 08:55 编辑 ) @5 E3 b+ T' f' i6 S5 ?
myexpma 发表于 2013-12-29 19:45
; c( y" ~, Y/ P3 d至于什么是回路自感,真不明白。
% t& R3 M6 L# Y! `- y0 g% q但是,我们知道任何外加的电容,不论是插装还是表贴,都要通过PCB上 ...
2 B+ {% B6 S) U! C2 }

- u" \& p3 F% H7 n2 f- \: t1 a所谓回路自感,就是平面层回路的等效串联电感。$ q2 L) Q% I% q" s# X; T
7 e: F% S* h: T5 E, r  G
地平面和电源平面就是为了提供低电感的回路。这个低电感回路是提供给谁用的?当然就是电容元件,而不是你认为的层间等效电容。
' b9 Y) S3 ~& k% a- b9 N
7 y- O0 k6 Z. M% v8 `8 X, V“请问什么电容的等效串联电感能比PCB层间电容的等效串联电感小”,回答这个问题前,先明确几个概念。2 J3 f( U6 u+ }" S. L$ p& @- c
+ r1 C! p/ e. b: J: n
电感和电容是独立分量,电容决定容抗,电感决定感抗;电容再怎么牛叉,它也只能决定电容值和容抗,不要以为是电容使得回路电感小;也不能说电容的优点是低电感,因为电容本身是没有电感分量的,应该说是低的等效串联电感。
  ^& v6 Z! h: [$ o8 {% c低电感路径和层间耦合电容都是平面层回路的组成部分,但它们是独立的,不要以为层间耦合电容是包含低电感路径,并以此认为是层间耦合电容提供低电感路径。% {) g' T  S+ Z3 i- l4 U8 F+ v

5 [0 t! N. c. N. L6 l* Z: P平面层提供的低电感路径是给所有电容共用的,而不是层间等效电容独占的。
/ [6 x, A1 I/ X" ]; P) A
" V" _0 q8 Q& C: d$ M5 \而且,低电感只是一个方面,它并不意味着低阻抗;我们最终需要的是低阻抗。- A8 F3 c$ Y# a/ Q8 H+ f. R; X

. p; G7 d; s- }! _" `* v. a阻抗=感抗+容抗=L+1/C。(忽略电阻部分)
8 f* f0 w. l# T! K; P. C! l6 Z2 G8 J+ z" D) T8 v2 z& e
对于层间等效电容,阻抗=平面层感抗+1/层间等效电容" Z( ]+ B) P3 W; ~( X
对于电容元件,阻抗=平面层感抗+元件自身感抗+1/元件电容
6 ?7 t- R2 g2 F' T6 A$ `: h. j
+ n1 ?" p# G- V* O/ r对比看出:
- x. y) }4 _) z  A) _感抗部分,层间等效电容和电容元件的感抗大致在一个数量级上。
1 o/ ?8 e9 @! o8 C& M& P容抗部分,元件电容比层间等效电容至少大4个数量级。8 k% v  M4 d  y2 t, u

* F% S4 Z6 K9 j那你说,层间等效电容和电容元件,谁能提供更低的阻抗,更能滤除高频噪声?
0 _: }! w) T# H9 c5 m
& ?/ e  w6 P. }2 b8 W2 e& |
: |) {2 h! T% e* V- g/ V+ ^2 F/ v/ q$ Z# v2 }4 |+ y9 u$ r  L8 A
* b, y7 h% Q- @0 C$ ]

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发表于 2013-12-29 23:27 | 只看该作者
减小电源的返回路径,减小对其他敏感信号的干扰,降低线路损耗压降。

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发表于 2013-12-30 19:24 | 只看该作者
李明宗伟 发表于 2013-12-29 22:11, \6 [8 i- p9 _8 {
所谓回路自感,就是平面层回路的等效串联电感。
3 D& V7 ]6 ~- Z$ X( s9 V7 B8 v0 j% k1 c5 M3 n2 F8 A- g
地平面和电源平面就是为了提供低电感的回路。这个低 ...

0 {* v. b* E9 `) @% ^9 `对于同样的电容容量,当然是PCB层间电容比外加电容的高频滤波效果好,这还有疑问吗?/ ?1 d. T! X0 r: I
对一个问题,可以从不同的角度进行分析。任何外加的电容都要通过焊盘、导线甚至过孔才能实现,这必然要增加相应的等效串联电感,这种分析方法物理概念很清晰。9 N  o- g* c4 t5 k; m/ P3 S7 ]
PCB层间电容虽然很有效,但不是万能的,其大小和PCB叠层材料、间距、面积等有关系,主要对高频噪声有滤除作用,而对于低频滤波一般作用不大,因此用户需要根据电路的工作频率以及噪声情况,设计外加电容的大小。当然PCB中电源和底层的作用不仅仅是提供电容,和其他层之间还涉及到微带线、带状线等作用。

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发表于 2013-12-30 20:47 | 只看该作者
本帖最后由 李明宗伟 于 2013-12-30 20:55 编辑
8 l( X+ _$ o3 m1 Y' R
myexpma 发表于 2013-12-30 19:24
! U) Y8 n( y) F+ C对于同样的电容容量,当然是PCB层间电容比外加电容的高频滤波效果好,这还有疑问吗?
2 ]! g% Q5 _$ l$ \+ b1 e对一个问题,可以 ...

1 ~" H# Y( `" C4 J% @+ P# o" C3 J: j
看来你没有仔细看我在23楼的分析。6 p1 n! M9 J! }# Q4 e4 \, Y

, @; v$ K& l& N4 S1.对于同样的电容容量,当然是PCB层间电容比外加电容的高频滤波效果好,这还有疑问吗?
4 d! Z  V- y+ L答:第一,一般电容都要比层间等效电容大4个数量级,所以你的假设不成立;$ R# w% n& S0 \8 X% U6 r8 s* k
       第二,若外接电容比层间等效电容大得多,哪个的高频滤波效果更好?请你明确给出你的答案和论证过程。% x  g4 c0 T% `2 {2 u9 U
2 ^1 Q' F$ G. U$ l
2.任何外加的电容都要通过焊盘、导线甚至过孔才能实现,这必然要增加相应的等效串联电感,这种分析方法物理概念很清晰。9 ]. s+ Y$ x7 ~; T  B
答:外加的电容增的确是增加了等效串联电感,但是,它的阻抗也要比层间等效电容小得多。我已经在23楼给出了详细分析。
; Y4 ]  i( r" R" c4 c" `8 w

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发表于 2014-1-2 19:26 | 只看该作者
李明宗伟 发表于 2013-12-30 20:475 U7 V8 I7 a8 z/ R4 v: W" m; t8 }
看来你没有仔细看我在23楼的分析。* V& A5 e1 x/ I/ e- V) b

3 j: M* h; M) w4 q6 p4 l6 e1.对于同样的电容容量,当然是PCB层间电容比外加电容的高频滤波 ...
$ R$ u' }; t) p( l0 B1 }' ~
混淆了两个概念:理想电容和实际电容。
. D9 E$ ^' ~0 k: V+ b8 Y  u: T理论上电容容量越大,滤波效果越好,但是实际上的电容不是理想的,由于等效串联电感等寄生参数的存在,在一定频率下它是电容性的,超过该频率后它是感性的。下图是不同容量的陶瓷表贴电容的阻抗-频率特性。
1 n8 B" U9 \# e3 u1 e # _2 A7 b. ?& W3 R; T0 j

" {3 p( r4 U1 @6 {从图中可知,“电容的容量越大滤波效果越好”的概念是很片面的,滤波效果是针对特定的频率来说的。上图是同材质的陶瓷电容,如果和更大容量的铝电解电容或钽电容相比,虽然电解电容或钽电容的容量更大,但它们在相同频率下的阻抗却更高。7 m; S  `# {  Z' u
" t$ m" r5 r# A; y+ Z
在通常的电路设计中,在IC旁边一般要并联容值不同的电容,就是为了实现不同频率下有更好的滤波效果,如果电路中存在特定频率的干扰信号,对该干扰信号的滤除则需要进行相关计算,而不是简单并联一个大电容。

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发表于 2014-1-2 19:52 | 只看该作者
myexpma 发表于 2014-1-2 19:26
8 S* y- ^9 D8 R3 c" @6 c0 W混淆了两个概念:理想电容和实际电容。
. C: {0 r; Z5 v: J: R理论上电容容量越大,滤波效果越好,但是实际上的电容不是理想的 ...
0 M, _3 G9 [$ c( K) }2 q$ K
第二,若外接电容比层间等效电容大得多,哪个的高频滤波效果更好?
, j( q3 R& t' x9 v$ U请你明确给出你的答案和论证过程,估算下外接电容和层间等效电容的阻抗大小,看下哪个更小;作出它们的阻抗-频率特性曲线,看下哪个特性更好。
" `- i, }9 o' [( K1 C

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发表于 2014-1-3 00:11 | 只看该作者
A19861008 发表于 2013-12-25 09:015 X) y. W% c# w7 k
两层地层也一样可以减小信号回流路径,提高电源高频特性啊,为什么不用两层地呢,是不是用一层电源一层地更好 ...

" ?' D+ l( _# d- Y电流的流向是从电源开始,到地结束的,所以你的地平面有了,电源线走得很绕,回流一样也跟着电源绕的
小改怡情,大改伤身。

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发表于 2014-1-3 20:32 | 只看该作者
李明宗伟 发表于 2014-1-2 19:52  I; r( ]  ~8 c0 k3 M! H* D' a
第二,若外接电容比层间等效电容大得多,哪个的高频滤波效果更好?
7 o: n- n3 a7 C请你明确给出你的答案和论证过程,估 ...
; B5 \6 B* b, c2 b0 c1 A. j
其实前面已经说得很明确了。- G4 C& x( F3 F+ \7 l, U  X2 U
所谓的大电容,比如在uF数量级的电容一般是钽电容或铝电解电容,虽然陶瓷电容也有这个数量级的,但是相对应用较少,拿最常用的钽电容来说,其最高应用频率也就几十kHz,当工作频率再高时,其损耗将急剧上升,同时其容值也将下降,根本不能用于高频滤波,更别说铝电解电容了。, R& L% @+ H9 |6 e, @
一定要区别理想电容和实际电容。
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