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
# _) E- N! Q" ]. W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！

! U8 g$ z: ~; H- G. B. \" I6 q& C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

. c. T$ F- p; c9 Z# K' m" _

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 ...

; m+ \% s5 M5 }2 x2 n  B
谢谢21楼的提醒。
0 ]8 m( q2 w! k% i
“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。
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  u& f3 J7 Z. d! u5 H3 n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。
6 J3 x9 S3 b% B9 x! m. g
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。
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4 P. ]" Q2 z  r3 v1 r% a. P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。
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8 C4 k# P% R' |% q( E
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' c' F. q- B5 o

阿科GL

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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。
. J" s, [- ]  \& f! L
电源平面和地平 ...

* @' s  m5 |, k/ 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，
5 A8 y' Q9 P- H# j% j2 S三人行必有我师，多交流，少教导。
; `& x/ T6 U1 a: Q$ l我也是新手，希望多流你和经验。

myexpma

李明宗伟 发表于 2013-12-27 21:26
谢谢21楼的提醒。

“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。

1 ^) W+ a$ }( A) n
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

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myexpma 发表于 2013-12-29 19:45
至于什么是回路自感，真不明白。
; j- h+ l2 m, s" }, ~4 f4 t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 ...

所谓回路自感，就是平面层回路的等效串联电感。
+ L. s* N" H7 m5 ?1 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。
0 e% m4 }5 I: O
9 R4 V* b' ?: C( o“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。
" j6 t1 H2 w! ?
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。
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。
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  U4 D6 p6 Q( m" y! ]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 Y$ n& \% K3 `% z% D; c  d
阻抗=感抗+容抗=L+1/C。（忽略电阻部分）

对于层间等效电容，阻抗=平面层感抗+1/层间等效电容
对于电容元件，阻抗=平面层感抗+元件自身感抗+1/元件电容

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。
. z( {* c1 o; i9 m) a8 E9 e容抗部分，元件电容比层间等效电容至少大4个数量级。

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？
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3 y# _+ E. }$ q" |2 A( a
2 h. H3 y7 n5 ~+ v1 A! j

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
所谓回路自感，就是平面层回路的等效串联电感。
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地平面和电源平面就是为了提供低电感的回路。这个低 ...

* r' F* i5 B4 z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。
4 o, ]' V- @: sPCB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

myexpma 发表于 2013-12-30 19:24
7 K' S# \4 M) F: I/ h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 ...

看来你没有仔细看我在23楼的分析。

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？
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；
! \( W1 D, t' F2 A! T       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。

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。
% o6 d) d: p+ ?7 k; Q1 h3 P* h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。
. R8 A2 b( q( l- `8 T, _* O

myexpma

李明宗伟 发表于 2013-12-30 20:47
看来你没有仔细看我在23楼的分析。
2 Y& C" }% P5 F4 |8 \) s6 l) Y  ^4 U
4 m: R" _3 |* V$ K) N1.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。
; a6 h3 S6 w9 M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。

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3 ]% m6 \6 i" Q, N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。

9 @4 y+ e+ \& e1 S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
9 X  e3 }9 V' T, R3 [! k, E# W" U混淆了两个概念：理想电容和实际电容。
: `! c% B: w" I* y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？
& s  f' x6 W2 o  p9 H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
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 ...

+ H" \( w2 L3 u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
- s% q6 e% H, \7 B4 F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 ...

3 o0 F" y9 v- p  b" j7 X- `其实前面已经说得很明确了。
; m4 [" u/ E- E& g0 V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。