Überlegungen zum Design von Hochgeschwindigkeits-PCBs: Tipps zur Platzierung und Verlegung von Bypass-Kondensatoren

Vor vielen Jahren waren die meisten Platinenentwürfe, an denen ich beteiligt war, einfache digitale Designs. Das Platzieren und Verlegen von Bypass-Kondensatoren in diesen Entwürfen war sehr einfach, und oft war die Schaltung langsam genug, dass keramische Kondensatoren nicht benötigt wurden. Meistens betrachteten wir die Platzierung und Verlegung von Bypass-Kondensatoren eher als nachträglichen Gedanken denn als primäre Designüberlegung. Ich erinnere mich, wie mich einige Ingenieure sogar anwiesen, Bypass-Kondensatoren hier und da zu „verstreuen“, als wären sie nicht mehr als zuckrige Dekorationen auf einem Kuchen. Es schien nicht viel Bedenken darüber zu geben, wie viele verwendet werden sollten, wo sie platziert werden sollten oder wie sie verbunden werden sollten.

Später, als die Entwürfe in Komplexität und Geschwindigkeit zunahmen, stieg auch der Bedarf an der Gestaltung eines verfeinerten Stromverteilungsnetzwerks () auf der Platine. Jetzt, mit den Signalintegritätsanforderungen eines Hochgeschwindigkeitsdesigns, ist ein präzise entworfenes für die beste Leistung der Platine unerlässlich geworden.

Lassen Sie uns einen Blick auf Tipps für Hochgeschwindigkeits-PCBs werfen und welche Anforderungen an die Platzierung von Bypass-Kondensatoren im Rahmen eines Hochgeschwindigkeitsdesigns bestehen, und welche Platzierungs- und Verlegestrategien Ihnen am besten auf dieser Masseebene helfen werden.

Was macht dieser Kondensator?

Was machen die Bypass-Kondensatoren?

Die Prozessoren und anderen ICs auf einer Hochgeschwindigkeits-PCB benötigen scharfe Stromspitzen, die das Netzteil nicht liefern kann. Netzteile sind darauf ausgelegt, eine gleichmäßige Menge an Leistung über das gesamte PCB-Layout zu liefern, anstatt kurze Stöße. Um dieses Problem zu lösen, kann ein Bypass-Kondensator in der Nähe des IC platziert werden, um den benötigten Strom für diese schnellen Spitzen zu liefern. Ein Bypass-Kondensator macht dies, indem er Energie speichert und sie dann an das IC abgibt, wenn es zusätzlichen Strom benötigt. Dies gibt dem Netzteil Zeit zu reagieren. Nach der Spitze wird der Bypass-Kondensator wieder aufgeladen und ist bereit für den nächsten Zyklus.

Bypass-Kondensatoren sind auch wichtig, um das Ground Bounce zu reduzieren, das von digitalen Geräten mit schnelleren Schaltzeiten kommen kann. Bypass-Kondensatoren werden auch verwendet, um das niederfrequente Rauschen zu filtern, das durch das Netzteil verursacht wird, und sind auch bei anderenSignalintegritäts- und EMI-Problemen hilfreich.

Wie viele Bypass-Kondensatoren sollten verwendet werden?

Die Anzahl der benötigten Bypass-Kondensatoren für ein Design hängt davon ab, welchen Komponenten sie zugeordnet sind und wie viele davon verwendet werden. Bulk-Kondensatoren im Bereich von 10uF werden üblicherweise für jeden Spannungsabfall auf der Leiterplatte verwendet. Sie sollten dort positioniert werden, wo die Spannung entwickelt wird oder wo sie in die Leiterplatte eintritt. Bei einigen Geräten werden sie in Verbindung mit Hochgeschwindigkeits-Bypass-Kondensatoren verwendet.

Generell sollte mindestens ein Hochgeschwindigkeits-Bypass-Kondensator im Bereich von 0.1uF bei jedem IC platziert werden. Sie sollten so nah wie möglich an ihrem jeweiligen IC platziert werden, um sofort Strom zu liefern. Ich empfehle, dass Geräte mit mehreren Stromanschlüssen mindestens einen Bypass-Kondensator für jeden Stromanschluss haben sollten. Obwohl dies mehr Platz auf der Leiterplatte beansprucht, kann es erheblich dazu beitragen, das Ground Bounce zu reduzieren.

Kondensatoren und andere bei der Arbeit auf einer PCB

Best Practices für die Platzierung und Verdrahtung von Bypass-Kondensatoren

Wie ich bereits erwähnt habe, sollten Sie Ihre Bypass-Kondensatoren so nah wie möglich an dem Gerät platzieren, dem sie zugeordnet sind. Dies kann unter dem Gerät auf der gegenüberliegenden Seite des PCB-Layouts sein oder direkt neben den Pins, an die der Bypass-Kondensator auf derselben Seite der Platine angeschlossen ist.

Für Schaltungen, die mehrere Bypass-Kondensatoren in der Nähe des Stromanschlusspins eines bestimmten Geräts benötigen, sollten die Kondensatoren in aufsteigender Wertreihenfolge neben diesem Pin platziert werden. Wenn beispielsweise sowohl ein 0,01uF- als auch ein 10uF-Kondensator für ein bestimmtes Gerät spezifiziert sind, platzieren Sie den 0,01uF-Kondensator am nächsten zum Gerät mit dem 10uF-Kondensator weiter außen. Auf diese Weise wird der größere Bulk-Kondensator den Hochfrequenzkondensator, der dem Gerätepin am nächsten liegt, wieder aufladen.

Beim Verlegen eines Bypass-Kondensators, sollten Sie vom Strom- oder Massepin des Geräts direkt zum Kondensatorpin starten. Von dort kann die Leitung weiter zu einer Durchkontaktierung führen, die sie mit der Strom- oder Masseebene verbindet. Sie sollten auch eine möglichst kurze und breite PCB-Leiterbahn verwenden, um den Bypass-Kondensator anzuschließen, und so viele Durchkontaktierungen wie möglich verwenden, um sich mit der Strom- oder Masseebene zu verbinden.

Die Platzierung und Verdrahtung Ihrer Bypass-Kondensatoren für das bestmögliche Stromverteilungsnetzwerk ist ein wichtiger Teil Ihres Hochgeschwindigkeits-PCB-Designs. Die hier diskutierten Tipps geben Ihnen einen guten Start, und es stehen Ihnen auch andere Ressourcen zur Verfügung. PCB-Software, wie Altium Designer^®, verfügt über Gleichstromanalyse-Tools, wie ihren PDN Analyzer^™ . Diese ermöglichen es Ihnen, Probleme im Stromverteilungsnetzwerk während des Layouts des PCB-Layouts zu analysieren und zu lösen, bevor Sie eine tatsächliche Platine bauen.

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