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楼主: A19861008
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为什么四层板教材内层都是建议一层电源层,一层地层呢

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16#
发表于 2013-12-27 10:54 | 只看该作者
《信号完整性分析》 Eric Bogatin- k2 m! q% M; F( N; S
网上搜就有下载了。

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17#
发表于 2013-12-27 18:54 | 只看该作者
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。

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18#
发表于 2013-12-27 19:49 | 只看该作者
李明宗伟 发表于 2013-12-26 19:38
7 g& K. u  P$ }# T6 s) |  W' y多看书!

- d, i) d9 F, F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。

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19#
发表于 2013-12-27 21:12 | 只看该作者
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!

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20#
发表于 2013-12-27 21:26 | 只看该作者
本帖最后由 李明宗伟 于 2013-12-28 00:38 编辑
' z/ m8 c8 T2 d4 c2 z+ o
myexpma 发表于 2013-12-27 19:49
; q( S! h# w2 u9 R/ k4 r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 ...
" u6 s. X0 n  Q- y5 p+ U
. k6 j3 S, D: B. M/ n+ m
谢谢21楼的提醒。
) ]* G; ~. D& X6 g, y6 C5 \/ @3 O) @/ c- k4 |# v
“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。
* c( a* X) K6 b3 ^* D) o* n  i* I
( y$ M, T( f/ ~+ M( H0 I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。2 I5 \" m3 I5 V+ Y
8 n) J5 V+ b4 j* S  X6 Y
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。: h* S. k( K4 b1 W' u2 W

$ @) p% l- Q3 U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。8 ~2 n% Z9 U/ X1 N

2 _5 l# l6 ^2 U! \5 Z! R
( k4 e! [' B$ q" J0 {
" o! S1 L: p* `* I8 t/ v; v& U( H3 u* l  W7 K

1 g7 G  @" u  E  z$ V

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21#
发表于 2013-12-27 23:44 | 只看该作者
本帖最后由 阿科GL 于 2013-12-27 23:49 编辑 % Y5 {) W& `! c7 B! m. X! g" S
李明宗伟 发表于 2013-12-27 21:262 b/ S& t0 m9 l, r& y* B
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。
1 {1 {$ k! e3 P( j& Q# |8 O
' s' G" [6 h5 j/ r( ~  x& b7 r( {, p电源平面和地平 ...

- Z1 a$ S4 ^8 |1 H* q0 D
0 Z3 E9 c, i. J* I7 l+ e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,
7 I& L& i, E( v9 c6 W& F% B6 D; g三人行必有我师,多交流,少教导。
- C' n0 w  }3 b! ]" S7 `& v; c我也是新手,希望多流你和经验。

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22#
发表于 2013-12-29 19:45 | 只看该作者
本帖最后由 myexpma 于 2013-12-29 19:55 编辑
9 }6 t9 H" S# t- o) ]
李明宗伟 发表于 2013-12-27 21:26
2 Z4 C; X0 L, D# k谢谢21楼的提醒。
* k& `5 d6 r' p% f- W/ S( ^7 V/ M0 g9 F" f1 p
“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。

6 @4 D: |2 M. E. C6 _
2 C" v7 R& ^& M( y2 k; d6 M1 L至于什么是回路自感,真不明白。4 W) L" O6 {# D+ V) I6 x; v+ n4 t& u3 i3 B! f
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。

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23#
发表于 2013-12-29 22:11 | 只看该作者
本帖最后由 李明宗伟 于 2013-12-30 08:55 编辑
/ J; u: w2 D. U3 [& h
myexpma 发表于 2013-12-29 19:45
( |: C9 ?  ~: R: x9 {- r至于什么是回路自感,真不明白。* c  B* ]# s4 R, t. Y. E
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 ...
/ A/ k8 w, j  ?/ |
# b( U% C, O4 E: {. {6 L4 Q3 W( ?
所谓回路自感,就是平面层回路的等效串联电感。3 s0 I) `: S! n( h- ~; x& ?1 t$ Z

' l9 }) ?  B- n' E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。+ ^; K) G; T# ]
) [4 T# M) T& P3 f1 ?& w$ S
“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。0 F2 Z, y( s6 @/ F
- G# ?& F$ M: ~, G
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。" l" G1 [' b1 n+ ?8 |9 Q, y
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。
1 e' g& n0 K$ A3 r. v5 [; |* B7 o& V! a, z: b4 c
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。) v7 i( E8 l6 J+ V( b& C
' }% b7 X( W8 C5 A: A7 l8 b" {+ k
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。$ U$ _# ]0 V9 L! |: v& G8 L
% N6 M5 `) C. e
阻抗=感抗+容抗=L+1/C。(忽略电阻部分)
: z1 r0 O: B5 }) f4 e- _
* @( E5 ~* m9 ^) t2 Q; z" L对于层间等效电容,阻抗=平面层感抗+1/层间等效电容" I* W% l3 }1 D7 M6 c
对于电容元件,阻抗=平面层感抗+元件自身感抗+1/元件电容# t5 T- Z+ z9 i' d5 u' G& l

* \/ w( Y+ ?! Y( }5 H, H+ O/ y4 E对比看出:. Y2 }8 v. c. F5 r6 ~/ C
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。
. W$ [# l7 _; N( _/ ~6 J容抗部分,元件电容比层间等效电容至少大4个数量级。
. i1 f$ o$ r1 B% {
  D& b0 t" b8 B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?% [! b2 s7 P* j7 L1 ^' R

' e. F& e7 a- l( D
3 p, E! H7 G! w0 L& |" E2 W8 z% w* u- M

; V' M  @* D0 `; e4 {) i4 \( Y

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24#
发表于 2013-12-29 23:27 | 只看该作者
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。

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25#
发表于 2013-12-30 19:24 | 只看该作者
李明宗伟 发表于 2013-12-29 22:11
% K. _# \- }2 l2 @所谓回路自感,就是平面层回路的等效串联电感。% P% W. R% d  l& o, G$ c6 A
' n) u; q2 H1 c5 y* d
地平面和电源平面就是为了提供低电感的回路。这个低 ...

9 B5 O  j3 T% |, Q( V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?
/ ~& ]% h: D7 m! M7 Q3 Y+ x7 h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。( d/ S* e, y  `2 S. g6 a
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。

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26#
发表于 2013-12-30 20:47 | 只看该作者
本帖最后由 李明宗伟 于 2013-12-30 20:55 编辑 % o" K5 ^7 T% m& f
myexpma 发表于 2013-12-30 19:24
' R! b+ u$ O, y2 {7 m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?
1 J4 h+ K; k. z/ l, U' ]- p对一个问题,可以 ...

  H# I; O' w( ]4 D% k- G
& s- f& I  A: ^: p- ~看来你没有仔细看我在23楼的分析。
! U! w- N+ R6 ?' r! [7 S3 F
- X' C4 h9 f! G6 k5 G" F1.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?
& @% d* h/ j) ~- x2 v5 d( |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;& R, a, J2 u, l9 {
       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。
% }+ J* f5 n: I' N( R3 H* U% E. Z
, F$ w( Q! o" z9 \2 j$ \5 A1 h2.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。$ J7 c4 Q7 J1 `: J" f" M
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。
+ O, M$ Y; w' ]% W

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27#
发表于 2014-1-2 19:26 | 只看该作者
李明宗伟 发表于 2013-12-30 20:47
/ h9 G& u: R# F4 t6 j) G4 [( Q看来你没有仔细看我在23楼的分析。
4 \3 T) q9 R- R# R8 l
3 P" p+ W5 w" r; o% Z( _" N7 X5 J1.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 ...
; z" K& f6 Y: p% o
混淆了两个概念:理想电容和实际电容。# l) L+ R  m/ T, W5 [  v
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。4 n3 `/ _! R; i% s

# ^8 k1 V" e2 ]0 e$ j6 ]2 C" W, U- M) G0 z% j# |0 d% v! o: D
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。3 [& p: R$ P$ z. g

9 @! J1 ^/ R" L# ]) c( @: J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。

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28#
发表于 2014-1-2 19:52 | 只看该作者
myexpma 发表于 2014-1-2 19:26) X6 H" ]- V6 D0 ~4 F' e
混淆了两个概念:理想电容和实际电容。% S: ~7 W( e# K$ Z8 \
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 ...
4 @- w$ B  N. K1 m2 }0 [* @/ R
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?
( v) L5 t+ I* y7 v6 [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。
: t" U, L4 h  k: i

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29#
发表于 2014-1-3 00:11 | 只看该作者
A19861008 发表于 2013-12-25 09:01' Z# R# o$ t' ?9 j% W! [. X' u
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 ...

2 n- v  \* M9 w' R3 W: s0 F' S% H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

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30#
发表于 2014-1-3 20:32 | 只看该作者
李明宗伟 发表于 2014-1-2 19:52
6 [1 S3 h& Y9 I) J) V" x0 [1 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?* K/ z# a. V$ D* `! X% j
请你明确给出你的答案和论证过程,估 ...
1 d" E* @2 B$ i) O& o
其实前面已经说得很明确了。
6 T( w0 d* F+ v6 B' w5 t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。
+ l( i; E7 O4 Z8 n6 K- z2 ?9 ^一定要区别理想电容和实际电容。
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