回路电感模型
对如下少数几何结构的回路电感进行解析式近似求解:
1. 任何均匀的传输线,假设信号远端短路:
LLOOP =Z0*TD
=Z0*Len/v
=50*Len/6
=8.3nH/in*Len
2. 双圆杆结构(如下左图,过孔),末端短路连接:LLOOP=10*h*ln(2s/D)pH;经验法则:一对过孔的回路电感值,粗略计算:21pH/mil。
3. 一对较长的中间有薄介质的宽导线:LLOOP=(32pH/mil*h)*Len/w pH;当线长等于线宽时,其结构是一个正方形,并且Len/w的比率为1,即每个方块的回路电感是:Lsquare = 32pH/mil * h;任何方形平面之间的介质越薄,方块回路电感越低。
4. 平面上两个过孔接触之间的扩散电感:Lvia-via=21*h*ln(B/D)pH。
其中:h:过孔之间介质厚度;B:过孔的中心距;D:过孔的直径。
假设:过孔直径为10mil,相距1in,平面对间介质厚度h=10mil,那么:
Lvia-via=21*10*ln(1000/10)
=967pH
≈ 1nH
5. 电流在同质平面上从顶层回到底层的流动过程中沿着整个平面均匀分布;如果两条带状平面沿着两个边缘实现整体对接,是一个很好的近似,但是平面通常通过过孔实现连接,使电流不能均匀流动,如下图所示为平面上两个过孔之间电流流动的情况;
6. 电流从中心圆环接触点向对称的外层圆环接触点流动,然后向下流到底部平面,经内环接触点收缩后再返回;Lspread=5.1*h*ln(b/a)pH;假设过孔内半径5mil,外半径1in,平面介质厚度10mi,那么扩散电感为:
Lspread=5.1*10*ln(1/0.005)
≈ 270pH。
电感的优化-电容安装优化
从上一节回路电感近似解给出了重要依据:
1. 减少电容器焊盘到过孔之间的走线回路电感,有3个重要设计调节方案:
1, 表层到电源/地腔顶平面的高度要短;
2, 表层走线要宽;
3, 表层走线要短。
2. 减少过孔的电感,有以下3个设计调节方案:
1, 表层到电源/地腔顶平面的高度要短;
2, 使用孔径很大的过孔;
3, 过孔之间尽量接近。
3. 减少平面回路扩散电感,有以下3个调节方案:
1, 电源/地腔之间的介质厚度要薄;
2, 使用孔径很大的过孔,或与腔有接触的多过孔;
3, 将电容器尽量靠近被去耦的封装。
总结如下几项对总回路电感影响最大的:
1. 表层到电源/地腔顶平面的高度要短:减小过孔电感和走线回路电感。
2. 电源/地腔之间的介质厚度要薄:减小平面回路扩散电感。
3. 表层走线要宽:减小走线回路电感。
4. 表层走线要短:减小走线回路电感。
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