Особенности проектирования высокоскоростных печатных плат: Советы по размещению и трассировке обходных конденсаторов

Много лет назад большинство плат, с которыми я работал, были простыми цифровыми конструкциями. Размещение и трассировка обходных конденсаторов в этих конструкциях было очень простым, и часто схемотехника была настолько медленной, что керамические конденсаторы не требовались. В большинстве случаев мы рассматривали размещение и трассировку обходных конденсаторов скорее как задачу второстепенной важности, чем как первостепенное соображение дизайна. Я помню, как некоторые инженеры даже инструктировали меня «рассыпать» обходные конденсаторы здесь и там, как будто они были не более чем кондитерскими украшениями на торте. Казалось, что особого внимания не уделялось тому, сколько их использовать, где их разместить или как их подключить.

Позже, по мере усложнения конструкций и увеличения скорости, возросла и необходимость в разработке более совершенной сети распределения питания () на плате. Теперь, с требованиями к целостности сигнала высокоскоростного дизайна, точно спроектированная стала необходимым условием для лучшей производительности платы.

Давайте рассмотрим советы по высокоскоростным печатным платам и каковы требования к размещению обходных конденсаторов в контексте высокоскоростного дизайна, а также какие стратегии размещения и трассировки лучше всего помогут вам на этой земляной плоскости.

Что делает этот конденсатор?

Что делают обходные конденсаторы?

Процессоры и другие интегральные схемы на высокоскоростной печатной плате требуют резких скачков тока, которые блок питания не может обеспечить. Блоки питания разработаны для подачи равномерного количества энергии по всей плате, а не коротких всплесков. Для решения этой проблемы рядом с интегральной схемой можно разместить байпасный конденсатор, который будет обеспечивать необходимый ток для этих быстрых скачков. Байпасный конденсатор делает это, накапливая энергию, а затем отдавая её интегральной схеме, когда та требует избыточного тока. Это дает время блоку питания на реакцию. После скачка байпасный конденсатор перезаряжается и готов к следующему циклу.

Байпасные конденсаторы также важны для уменьшения подпрыгивания земли, которое может возникать от цифровых устройств с более быстрыми временами переключения. Байпасные конденсаторы также используются для фильтрации низкочастотных шумов, вызванных блоком питания, и полезны для решения других проблем с целостностью сигнала и электромагнитными помехами.

Сколько байпасных конденсаторов следует использовать?

Количество обходных конденсаторов, необходимых для проекта, будет зависеть от устройств, к которым они подключены, и от количества используемых устройств. Обычно для каждого падения напряжения на плате используются объемные конденсаторы в диапазоне 10 мкФ. Их следует размещать там, где развивается напряжение или где оно входит в плату. На некоторых устройствах они используются в сочетании с высокоскоростными обходными конденсаторами.

В общем, рядом с каждой микросхемой следует разместить как минимум один высокоскоростной обходной конденсатор в диапазоне 0,1 мкФ. Их следует размещать как можно ближе к соответствующей микросхеме, чтобы обеспечить немедленную подачу тока. Я рекомендую для устройств с несколькими питающими контактами использовать как минимум по одному обходному конденсатору на каждый контакт питания. Хотя это займет больше места на плате, это может значительно помочь уменьшить просадку напряжения на земле.

Конденсаторы и другие компоненты на печатной плате

Лучшие практики размещения и трассировки обходных конденсаторов

Как я упоминал ранее, ваши обходные конденсаторы следует размещать как можно ближе к устройству, к которому они подключены. Это может быть снизу устройства на противоположной стороне платы или рядом с контактами, к которым подключен обходной конденсатор, на той же стороне платы.

Для схем, требующих размещения нескольких обходных конденсаторов рядом с контактом питания конкретного устройства, конденсаторы должны быть размещены рядом с этим контактом в порядке возрастания их номинала. Например, если для конкретного устройства указаны конденсаторы на .01uF и 10uF, то .01uF должен быть размещен ближе к устройству, а 10uF - дальше от него. Таким образом, больший по объему конденсатор будет перезаряжать конденсатор высокой частоты, находящийся ближе всего к контакту устройства.

При прокладке обходного конденсатора, вы должны начать от контакта питания или земли устройства и направиться прямо к контакту конденсатора. Оттуда маршрут может продолжаться к переходному отверстию, соединяющему его с плоскостью питания или земли. Вы также должны использовать как можно более короткие и широкие дорожки печатной платы для подключения обходного конденсатора, а также использовать как можно больше переходных отверстий для соединения с плоскостью питания или земли.

Размещение и трассировка ваших обходных конденсаторов для наилучшего возможного распределения питания является важной частью вашего проекта высокоскоростной печатной платы. Обсуждаемые здесь советы дадут вам хорошее начало, и у вас также есть доступ к другим ресурсам. Программное обеспечение для ПП, такое как Altium Designer, имеет инструменты DC-анализа, такие как их PDN Analyzer^™ . Они позволяют анализировать и решать проблемы сети распределения питания во время разметки печатной платы до того, как вы построите фактическую плату.

Хотели бы вы узнать больше о том, как Altium может помочь с разметкой токовых петель вашего высокоскоростного проекта печатной платы? Обратитесь к эксперту в Altium.

Посмотрите Altium в действии...

Автоматизированные сигналы высокой скорости для топологий высокой скорости