全球電子制造業(yè)正進(jìn)入一個(gè)創(chuàng)新密集和新興企業(yè)快速發(fā)展的時(shí)期，作為電子元件的基礎(chǔ)工程和核心構(gòu)成，PCB電路板產(chǎn)業(yè)也加快了升級(jí)迭代的步伐。為了更好的捕捉國(guó)際領(lǐng)先的PCB制造技術(shù)，全方位展示國(guó)內(nèi)電路板產(chǎn)業(yè)制造水準(zhǔn)，8月30日至9月1日，2016深圳國(guó)際電路板采購展覽會(huì)(CS Show 2016)將在深圳會(huì)展中心正式拉開帷幕。今天我們就先來解析一個(gè)PCB的難點(diǎn)問題——去耦電容為何要就近擺放?
相信對(duì)做硬件的工程師，畢業(yè)開始進(jìn)公司時(shí)，在設(shè)計(jì)PCB時(shí)，老工程師都會(huì)對(duì)他說，PCB走線不要走直角，走線一定要短，電容一定要就近擺放等等。
但是一開始我們可能都不了解為什么這樣做，就憑他們的幾句經(jīng)驗(yàn)對(duì)我們來說是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，當(dāng)然如果你沒有注意這些細(xì)節(jié)問題，今后又犯了，可能又會(huì)被他們罵，“都說了多少遍了電容一定要就近擺放，放遠(yuǎn)了起不到效果等等”，往往經(jīng)驗(yàn)告訴我們其實(shí)那些老工程師也是只有一部分人才真正掌握其中的奧妙，我們一開始不會(huì)也不用難過，多看看資料很快就能掌握的。
直到被罵好幾次后我們回去找相關(guān)資料，為什么設(shè)計(jì)PCB電容要就近擺放呢，等看了資料后就能了解一些，可是網(wǎng)上的資料很雜散，很少能找到一個(gè)很全方面講解的。下面這些內(nèi)容是關(guān)于電容去耦半徑的講解，相信你看了之后可以很牛x的回答和避免類似問題的發(fā)生。
電容去耦的一個(gè)重要問題是電容的去耦半徑。大多數(shù)資料中都會(huì)提到電容擺放要盡量靠近芯片，多數(shù)資料都是從減小回路電感的角度來談這個(gè)擺放距離問題。確實(shí)，減小電感是一個(gè)重要原因，但是還有一個(gè)重要的原因大多數(shù)資料都沒有提及，那就是電容去耦半徑問題。如果電容擺放離芯片過遠(yuǎn)，超出了它的去耦半徑，電容將失去它的去耦的作用。
理解去耦半徑最好的辦法就是考察噪聲源和電容補(bǔ)償電流之間的相位關(guān)系。當(dāng)芯片對(duì)電流的需求發(fā)生變化時(shí)，會(huì)在電源平面的一個(gè)很小的局部區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生電壓擾動(dòng)，電容要補(bǔ)償這一電流(或電壓)，就必須先感知到這個(gè)電壓擾動(dòng)。信號(hào)在介質(zhì)中傳播需要一定的時(shí)間，因此從發(fā)生局部電壓擾動(dòng)到電容感知到這一擾動(dòng)之間有一個(gè)時(shí)間延遲。同樣，電容的補(bǔ)償電流到達(dá)擾動(dòng)區(qū)也需要一個(gè)延遲。因此必然造成噪聲源和電容補(bǔ)償電流之間的相位上的不一致。
特定的電容，對(duì)與它自諧振頻率相同的噪聲補(bǔ)償效果最好，我們以這個(gè)頻率來衡量這種相位關(guān)系。
當(dāng)擾動(dòng)區(qū)到電容的距離達(dá)到時(shí)，補(bǔ)償電流的相位為，和噪聲源相位剛好差180度，即完全反相。此時(shí)補(bǔ)償電流不再起作用，去耦作用失效，補(bǔ)償?shù)哪芰繜o法及時(shí)送達(dá)。為了能有效傳遞補(bǔ)償能量，應(yīng)使噪聲源和補(bǔ)償電流的相位差盡可能的小，最好是同相位的。距離越近，相位差越小，補(bǔ)償能量傳遞越多，如果距離為0，則補(bǔ)償能量百分之百傳遞到擾動(dòng)區(qū)。這就要求噪聲源距離電容盡可能的近，要遠(yuǎn)小于。實(shí)際應(yīng)用中，這一距離最好控制在(λ/40 -λ/50)之間，這是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
例如：0.001uF陶瓷電容，如果安裝到電路板上后總的寄生電感為1.6nH，那么其安裝后的諧振頻率為125.8MHz，諧振周期為7.95ps。假設(shè)信號(hào)在電路板上的傳播速度為166ps/inch，則波長(zhǎng)為47.9英寸。電容去耦半徑為47.9/50=0.958英寸，大約等于2.4厘米。
本例中的電容只能對(duì)它周圍2.4厘米范圍內(nèi)的電源噪聲進(jìn)行補(bǔ)償，即它的去耦半徑2.4厘米。不同的電容，諧振頻率不同，去耦半徑也不同。對(duì)于大電容，因?yàn)槠渲C振頻率很低，對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)非常長(zhǎng)，因而去耦半徑很大，這也是為什么我們不太關(guān)注大電容在電路板上放置位置的原因。對(duì)于小電容，因去耦半徑很小，應(yīng)盡可能的靠近需要去耦的芯片，這正是大多數(shù)資料上都會(huì)反復(fù)強(qiáng)調(diào)的，小電容要盡可能近的靠近芯片放置。
相信今天讀了這篇文章，各位業(yè)界同仁們會(huì)對(duì)PCB的去耦電容的半徑問題會(huì)有一個(gè)全新的認(rèn)識(shí)。想了解更多PCB的專業(yè)知識(shí)，敬請(qǐng)關(guān)注即將于8月30日在深圳會(huì)展中心盛裝開展的CS Show 2016深圳國(guó)際電路板采購展覽會(huì)。一屆完整而成功的PCB電路板采購展，除了專業(yè)觀眾的參與，更離不開PCB展商的熱情付出。作為國(guó)內(nèi)專注以PCB/FPC采購為主題的行業(yè)展會(huì)，CS Show 2016吸引了大批國(guó)內(nèi)外知名展商參展，是樹立業(yè)內(nèi)知名度、彰顯實(shí)力的舞臺(tái)，各種創(chuàng)新、環(huán)保、智能化的電路板設(shè)備、原物料，都將在展會(huì)開幕時(shí)完美呈現(xiàn)。
（轉(zhuǎn)載）
