为什么四层板教材内层都是建议一层电源层，一层地层呢

李明宗伟

《信号完整性分析》 Eric Bogatin
9 S6 k) m( o5 ^2 v/ Q网上搜就有下载了。

592671471

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。

myexpma

李明宗伟 发表于 2013-12-26 19:38
多看书！

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。

loveluo

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！

李明宗伟

myexpma 发表于 2013-12-27 19:49
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 ...

7 X) i  [2 t9 `! _* u, p; a
谢谢21楼的提醒。
1 \& n5 x. @% ?8 l# m
9 e7 v9 W) r  G. |, h  ~“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。
/ Q# b" P; X; o+ V6 w. K: ]: M
/ }8 R. ]. ?" a0 H* G0 R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。

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。

, S, l0 W, @2 ^* q  n# m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。

阿科GL

李明宗伟 发表于 2013-12-27 21:26
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。
8 c" X3 P1 ]! ~
% ^( }5 Q. l; x; N3 L" J, ]电源平面和地平 ...

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，
  s: B" v7 B1 W- A; ^三人行必有我师，多交流，少教导。
我也是新手，希望多流你和经验。

myexpma

! g$ O' m( q" d6 P  ^

李明宗伟 发表于 2013-12-27 21:26
$ f" r) s2 {/ N5 I$ H) d谢谢21楼的提醒。
$ E$ G3 y7 O6 [6 q# t- Z* w
“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。

至于什么是回路自感，真不明白。
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。

李明宗伟

myexpma 发表于 2013-12-29 19:45
9 g' x5 x3 G% c* j4 @' c至于什么是回路自感，真不明白。
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 ...

- u4 D2 f9 ]% c* @所谓回路自感，就是平面层回路的等效串联电感。

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。

- H) f6 G0 i# s& a, F2 P# e“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。

6 r4 e  @1 P6 Q  I$ |8 v% y/ S- e! y9 X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。
  }6 b, U# @: E  h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。

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。

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。
' }6 B3 t6 r; V6 m0 H5 ?
阻抗=感抗+容抗=L+1/C。（忽略电阻部分）
" p$ N) N2 B7 I5 a# _
+ B9 x/ [6 r7 P5 T, Q6 Z2 e! V1 \, K对于层间等效电容，阻抗=平面层感抗+1/层间等效电容
$ S# Q+ [% ^; Z$ W; J# J对于电容元件，阻抗=平面层感抗+元件自身感抗+1/元件电容

) W3 n: n. b# @7 _对比看出：
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。
: m; \% ?4 D# V容抗部分，元件电容比层间等效电容至少大4个数量级。
2 v0 N% j4 S5 g4 Y9 }
( b) o- H2 L" F) a" U9 T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？
, R' ~, v4 Y0 b9 ~  X3 Y

: c- D1 `/ ^( _2 \* f

tom781019

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。

myexpma

李明宗伟 发表于 2013-12-29 22:11
8 Y3 u6 k* T5 |; P, ^8 d, b所谓回路自感，就是平面层回路的等效串联电感。

/ N' G' c) Z( X; v$ P地平面和电源平面就是为了提供低电感的回路。这个低 ...

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？
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。
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。

李明宗伟

& G( d+ Y' n, ]3 R8 ~- C

myexpma 发表于 2013-12-30 19:24
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？
对一个问题，可以 ...

! {$ ~1 m! U6 ?* l. ]4 w  E/ c% [看来你没有仔细看我在23楼的分析。
0 I1 H+ _+ {; k/ _/ t5 [
1.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？
  _. Q4 |7 c# x2 I0 _0 T! b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；
       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。

& W8 r% a, V7 k% b3 R2 P( e, K6 j2 W2.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。
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。
& f: _5 J2 y' f. ]$ `# x( q

myexpma

李明宗伟 发表于 2013-12-30 20:47
0 h: m( Z* L7 f2 d0 x4 y看来你没有仔细看我在23楼的分析。
0 u% c# s+ ]- k8 `0 w. ~
1.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 ...

混淆了两个概念：理想电容和实际电容。
+ z" s4 F, V1 v# S5 }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。
% z0 Y4 ?; ~2 M
" W: }, u2 _# x
9 i1 }; a) b2 R; Q- C2 N. ^' X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。

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。

李明宗伟

myexpma 发表于 2014-1-2 19:26
" V8 u+ H, f  {3 N# Z2 w" {混淆了两个概念：理想电容和实际电容。
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 ...

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，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。

CS.Su

A19861008 发表于 2013-12-25 09:01
- T% C4 P' x+ H- i2 \8 W9 c6 N$ T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 ...

, P% L! E0 H/ }: R* W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

myexpma

李明宗伟 发表于 2014-1-2 19:52
# F/ j0 b$ s, F& C# B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？
# D* ]2 L% q3 {" ?. d请你明确给出你的答案和论证过程，估 ...

其实前面已经说得很明确了。
9 K5 [0 k, P; k2 x8 `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。
一定要区别理想电容和实际电容。