從低頻設(shè)計(jì)過渡到高頻設(shè)計(jì)時(shí)，PCB布局的某些方面變化不大，但亦不可等閑視之。

高頻去耦

但是，確實(shí)需要特別考慮的一件事是去耦。當(dāng)信號(hào)從低頻轉(zhuǎn)移到高頻時(shí)，基本概念不會(huì)改變，但是實(shí)現(xiàn)可能需要進(jìn)行一些改進(jìn)，這僅僅是因?yàn)楫?dāng)旁路不夠理想甚至完全平常時(shí)，低頻設(shè)計(jì)通常會(huì)完全起作用。換句話說，在去耦技術(shù)方面，低頻電路是相當(dāng)寬容的，因此，我們可能會(huì)養(yǎng)成實(shí)際上不適用于高頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)習(xí)慣。

問題如下：在數(shù)字電路中，去耦電容存儲(chǔ)電荷并將電荷輸送給IC，以補(bǔ)償由半導(dǎo)體開關(guān)動(dòng)作產(chǎn)生的瞬態(tài)干擾。在低工作頻率下，電容器有足夠的時(shí)間放電，然后再充電，直到IC需要另一次電流突發(fā)。但是，隨著頻率的增加，電路板設(shè)計(jì)者必須嘗試降低寄生電阻和電感，這些寄生電阻和電感會(huì)阻礙電容提供所需電荷的能力。

典型的去耦建議如下：“使用0.1 μF陶瓷電容器，該電容器應(yīng)盡可能靠近電源引腳放置?！?例如：

該建議是一個(gè)很好的起點(diǎn)，并且適用于低頻設(shè)計(jì)，不過當(dāng)您開始了解高速旁路所涉及的復(fù)雜性時(shí)，該建議被過分簡(jiǎn)化了。在本文中，我們將研究與高速去耦技術(shù)相關(guān)的一個(gè)特定問題，在另一篇文章中，我們將繼續(xù)進(jìn)行討論。

走線還是通孔？

我們知道應(yīng)該將去耦電容靠近各自的引腳放置，但是當(dāng)您將它們很好地閉合后，您如何實(shí)際建立連接呢？

假設(shè)電源和接地引腳之間的距離足夠遠(yuǎn)，您就無法對(duì)這兩個(gè)引腳進(jìn)行走線連接。放置電容的位置應(yīng)使一個(gè)端子靠近VDD，然后使用過孔將另一端子接地。是否應(yīng)該使用走線或過孔進(jìn)行VDD連接？好吧，如果您沒有電源板，這是一個(gè)很容易回答的問題-唯一的選擇是走線（或倒銅）。但老實(shí)說，如果電路板的頻率足夠高，使您擔(dān)心優(yōu)化去耦電容，那么您確實(shí)應(yīng)該有一個(gè)電源平面。

對(duì)于包括電源板的電路板，著名的高速數(shù)字設(shè)計(jì)專家Howard Johnson博士的結(jié)論是，通孔連接要好得多。下面的示例是對(duì)上一個(gè)圖表的改進(jìn)，但是正如您將在下一篇文章中看到的那樣，via配置不是最佳的。

我最喜歡的陳述如下：在高速數(shù)字設(shè)計(jì)的背景下，將任何不重要的PCB走線長(zhǎng)度與電源端子串聯(lián)在一起“會(huì)極大地增加電源噪聲”，并且“應(yīng)避免EMI”。我發(fā)現(xiàn)這很有趣，因?yàn)樗悬c(diǎn)違反直覺-與通過通孔連接引腳相比，走線看起來更“直接”。

尋求低電感

當(dāng)您深入研究此問題時(shí)，這個(gè)問題相當(dāng)細(xì)微，但是討論的很大一部分歸結(jié)為電感，這對(duì)于高頻數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者來說是一個(gè)麻煩。通過對(duì)電容器和電源引腳都使用過孔，連接兩個(gè)引腳的導(dǎo)體就是電源層，電源層的電感當(dāng)然比典型走線要小得多。

您可能想知道，“通孔的電感如何？” 短走線是否真的比兩個(gè)過孔具有更大的電感？

TI的本應(yīng)用筆記（第4頁）給出了用于計(jì)算過孔電感的以下公式：

其中h是以毫米為單位的高度，d是以毫米為單位的直徑。假設(shè)我們?cè)谕咨鲜褂昧?0密耳（1mil= 0.254毫米）的鉆頭，我們的標(biāo)準(zhǔn)PCB厚度為63密耳（63mil= 1.6毫米）。這對(duì)應(yīng)于1.3 nH的過孔電感。因此，與半英寸PCB走線的大約3.5 nH相比，兩個(gè)通孔將給我們提供小于3 nH的電流。降低0.5 nH并不是太令人印象深刻，但這是一個(gè)非常保守的估計(jì)，因?yàn)殡娏鱽碜噪娫磳?，而不是PCB的底部。換句話說，它不必穿過所有通孔的電感。

假設(shè)電源層位于與IC相鄰的層上，預(yù)浸料的厚度約為10密耳（= 0.254毫米）。

典型的63 mil厚PCB的銅層分隔距離。

現(xiàn)在計(jì)算出的電感僅為0.12 nH，我們可以看到一對(duì)通孔可以提供遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于走線的性能。

結(jié)論

我們已經(jīng)討論了在去耦電容器和位于同一PCB層上的高速數(shù)字IC之間建立高性能連接的一項(xiàng)重要技術(shù)。我們將在下一篇文章中討論其他去耦細(xì)節(jié)。

原文標(biāo)題：PCB布局技巧和竅門：如何優(yōu)化去耦連接

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