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概念：电容：无论空间有多远，任何两个具有电压差的导体都存在一定量的电容。3 C S% o+ W! j: S+ n$ o" |
C:表示的是电容量，即存储的电荷与电压的关系的比值。当电压越大，可存储的电荷越多。
9 D6 c# @7 @2 N% E- d. K影响电容量因素：两个导体距离、两个导体重叠的面积、两个导体重叠面积之间的介质。
8 j: D2 e, R2 Z3 h距离越近、重叠面积越大、介质介电常数越大，则电容越大。
+ t! n* U, Y& }) P' ?理解：减少互容的方式根本上为三条：1.拉开距离；2，减少空间上的重叠面积；3.选择低介电常数的板材；基本上PCB设计所采用的方式为1和2.
- J) S2 l8 G% Y n 电容中的电流& [' E" |0 G& w6 \' _
流经电容器的电流 I= dQ/dt=C*dV/dt
; x" F$ T% X4 u4 V0 PI：表示流过电容器的电流；) S6 }8 r5 ~/ K! i$ O
d Q：表示电容器上电荷的变化量；
+ T, M) e- y( G" ~: z. W+ odT：表示电荷变化经历的时间；+ i8 u X8 W; N, J2 S
Dv：表示电压变化值；
4 X; K% P$ ^8 \, m: g( q( f3 n" {Dt：电压变化所经历的时间。
9 I: r0 C e1 _% m1 F理解：其实电容除了漏电流的存在，本身并不流过电流。以上所说的电流，只不过为了计算方便而采用的数学值。从原理上考虑，因为异相相吸，在正电荷聚集的地方，肯定会有负电荷聚集。而负电荷的运动，造成了负极的电流流动。（负电荷的聚集造成了使流过电容的频谱呈-90相位）。从表面上看，就像电流流过电容器一样。但是理想电容器本身不消耗能量，所存储的能量，在外界适合的时候会向外送出，这时电容器负极也会将所聚集的负电荷释放。一收一放，就把能量传递过去了。
+ E* o% P8 D1 i: R g; _平行板电容
6 t6 Z, k' T( k公式：C=E0Er*A/H C= (ε_r ε_0 A)/H C:电容量； E0空气介电常数；Er 介质相对介电常数；A，平板面积。8 \; q' ` C1 |+ `) ^! H1 K8 u
H平板间距。& [" a, o4 _1 s9 b3 w! I5 H% \; q
由于板周围存在边缘场，实际电容要大于近似值，当平行板间距与板厚想当时，板周围的边缘场产生的电容量与平行板近似预测的电容量相当。
6 }# s y0 y3 s3 Z" _1 {$ A5 R( O理解：考虑边缘场，就要从电场和磁场角度来考虑，由于板并不是理论上的厚度为0的理想状态，所以板的边缘肯定也会发出磁力线向周围空间扩展，当四边的磁力线被底板接收到时，就相当于增加了底板所接收的电场磁场。变相的增加了聚集电荷的能力，所以电容增加了。
% M" j# b2 d% N8 e但这个值不好计算。2 I1 a, f4 j+ e. e
&……*%……&***去耦电容的计算：……&%……&%￥￥%
i+ m. r6 K! {& P# Z/ e' g7 O5 Tδt=C*裕量*V^2/P t：表示电压下降量达到电源电压裕量的时间，单位秒；
/ d8 ~. o/ u: ^4 vC表示去耦电容量，单位为F; 裕量：芯片的电源电压与最小供电电压的比值；. m# b9 o, l) o+ t
P表示芯片的平均功率；V表示电源电压。# r0 \' o8 f) `, {# l: q
理解：本公式可以计算去耦电容的值，对于经验用法上的10UF去耦电容，可以省略了。直接用这个来计算所想要的确切的值，留出足够的裕量，那么一个小功率的芯片完全可以采用5UF或1uF 来去耦，即可以降低成本又可以减少PCB板上的空间。
# f8 c \- v8 @; B& BT 所表示的时间需要参考电源芯片，即电源芯片的反应时间。
* ?3 @8 }. j/ v/ s) H: ]通过上面的公式，即可以设计选型电源芯片的型号。; a* }5 b+ F# i0 n4 K6 a
单位长度电容。
/ e( ^5 |0 F" l6 C3 R! s0 t) R单位长度电容是形容单位长度传输线的电容量。公式：C_L=C/L
2 L0 I3 ]+ m$ ?2 R* W. cCL：单位长度电容 单位PF/in ;(单位可自己设定)； U% Y, `9 J8 V$ Q
C：传输线与返回路径之间的电容量 ； L 传输线长度。% D4 X9 t7 H! S" q( Z" Y% ~$ ?
$ _2 ?% D! p; G+ B
同轴电缆计算公式：CL=(2πε_0 ε_r)/(ln(b/a)) a:内部信号导体的半径；b:外部返回导体的半径。
6 V6 x: z, U2 Q( P微带线计算公式C_L=(0.67(1.41+ε_(r )))/(ln{(5.98*h)/(0.8*w+t)})≈(0.67(1.41+ε_(r )))/(ln{7.5(h/w)})' i- b2 c3 }( W7 a
CL:单位长度电容，单位为PF/in; ε_(r ):表示绝缘材料的相对介电常数；
& h' J; H4 j& zh:表示介质厚度；单位为mil；w表示线宽单位为mil;
4 Q6 B# _. P, z' Z t表示导体厚度单位为mil。
+ U3 T' t9 j5 B6 L带状线计算公式C_L=(1.4ε_(r ))/(ln{(1.9*b)/(0.8*w+t)})≈(1.4ε_(r )))/(ln{2.4(b/w)}) / K, Q$ n" |' l, c5 @. W3 i- ^
B:表示介质厚度；其余同上。1 f/ \4 E. a! T" Y9 b* K3 \
经验公式：微带线线宽如果是介质厚度的两倍即（w=2h）介电常数为4，则单位长度电容Cl=2.7pf/in 。这时微带线近视50欧姆特性阻抗。
b n* v# l1 s- h带状线：如果介质厚度是线宽的2倍，即b=2w;单位长度电容为3.8pf/in ；相当于特性阻抗50欧姆。
. T+ c+ r6 ~: h* u& S/ x6 F" }' A经验法则：50欧姆特性阻抗单位长度电容大致为3.5PF/IN 。
# Y \& F. X& Z理解：特性阻抗的经验算法，只是大概。如果要是要求高精度，最好是实际测量，其次是计算。因为公式也是近视的。特别是板材的介电常数，随着制造工艺而有所不同。理论上裕量足够的情况下可直接采用理论算法来估计。& T/ z R! p8 }$ E' S+ O
理解：微带线经常因为刷阻焊，或者由于蚀刻。导致介电常数和介质厚度都不是常量。所以特性阻抗仅仅能预估计。如果想要精确的阻抗控制，那传输线必须走带状线，否则制造不出完美的50欧姆特性阻抗的微带线。9 y( M, o9 e8 q, z
理解：电容量的值跟下平面接收电力线的多少有直接关系，与介电常数有直接关系。如果按照电磁场方向来看，即可完美理解电容量的变化。6 O2 p2 s$ [, `3 p) I0 J( v
5 b7 f0 y, v" Y3 i1 ^ s小结：) n9 e, @2 x) `% e
1.电容是对两导体间存储电荷能力的度量。
- I# h% Y) m \/ h! A2 G2.电容量是对流动电流大小的度量。
! @2 A$ T( ?/ c. L, W b$ A3.导体间的电压发生变化时，便有电流流过电容器。: o4 s* I, i! m1 Y9 ^3 C: F" Z: b
4.本章的公式都为近似值，若要求精度为10%到20%就不应使用近似。9 V0 \ L& m h
5.一般来说，导体间距越大，电容量越小；导体间重叠的面积越大，电容量也越大。
" E& Z/ m% m5 `$ R6.介电常数是材料固有特性，它反映的是材料使电容量增加的程度。
- p+ x- H4 R3 Y @( c& p7.电路板上的电源平面和地平面间是有电容存在的，但这个量非常小，两平面的作用是提供低电感回路，而不是提供去耦电容。1 d9 Z) ?* x; o+ \3 @/ ^; O. q$ H
8.若要求精度优于10%，就不应该使用IPC的带状线和微带线公式；. T, e6 x$ `9 y- O! r
9.用二维场求解器，可以用来计算均匀传输线结构的单位长度电容。其精度优于1%；
. k) a* R7 H. m. q0 A$ }10.若微带线的厚度增加，单位长度电容也将增加，但增加的幅度非常小。/ G) e. @! V: z1 L
11.当微带线的涂层厚度与线宽一致时，电容量将增加20%；
/ d( ~3 K; L/ n5 M" c理解：IPC的公式精度为10%，在设计时能满足至少15%的精度。# v) H1 j& Q9 a" r' M& A, N- b
微带线涂层假设不够厚时，电容量增加的并不是很严重。& n1 h u7 ]2 L1 ?" c- j$ i
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发表于 2011-9-16 09:19
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