您现在的位置是:首页 > AC/DC > 技术解析

高速电路AC耦合电容没有优化好是“致命”的

时间:2018-06-08 来源:互联网

相对于低频电路需要做复杂的电路匹配,高频电路结构相对简单,可简单的结构往往意味着需要考虑更多的问题。拿最常见的AC耦合电容来讲,要么在芯片之间加两颗直连,要么在芯片与连接器之间加两颗。看似简单,但一切都因为高速而不同。高速使这颗电容变得不“理想”,这颗电容没有设计好,可能会导致整个项目的失败。因此,对高速电路而言,这颗AC耦合电容没有优化好将是“致命”的。

本文引用地址: http://power.21ic.com//ac/technical/201806/63944.html

下面笔者依据之前的项目经验,盘点分析一下我在这颗电容的使用上遇到的一些问题。

最开始要先明白AC耦合电容的作用。一般来讲,我们用AC耦合电容来提供直流偏压,就是滤出信号的直流分量,使信号关于0轴对称。既然是这个作用,那么这颗电容是不是可以放在通道的任何位置呢?这就是笔者最初做高频电路时,在这颗电容使用上遇到的第一个问题——AC耦合电容到底该放在哪。

这里拿一个项目中常遇到典型的通路来分析。

1.png

图1:AC耦合电容典型通路

在低速电路设计中,这颗电容可以等效成理想电容。而在高频电路中,由于寄生电感的存在以及板材造成的阻抗不连续性,实际上这颗电容不能看作是理想电容。这里信号频率2.5G,通道长度4000mil,AC耦合电容的位置分别在距离发送端和接收端200mil的位置。我们看一下仿真出的眼图的变化。

2.png

图2:AC耦合电容靠近发送端的眼图

3.png

图3:AC耦合电容靠近接收端的眼图

显然,这颗AC耦合电容靠近接收端的时候信号的完整性要好于放在发送端。我的理解是这样的,非理想电容器阻抗不连续,信号经过通道衰减后反射的能量会小于直接反射的能量,所以绝大多数串行链路要求这颗AC耦合电容放在接收端。但也有例外,笔者之前做板对板连接时遇到过这个问题,查PCIE规范发现如果是两个板通常放置在发送端上,此时还利用到了AC耦合电容的另外一个作用——过压保护。比如说SATA,所以通常要求靠近连接器放置。

解决了放置的问题,另一个困扰大家的就是容值的选取了。这样说,我们的整个串行链路等效出的电阻R是固定的,那么AC耦合电容C的选取将会关系到时间常数(RC),RC越大,过的直流分量越大,直流压降越低。既然这样,AC耦合电容可以无限增大吗?显然是不行的。

4.png

图4:AC耦合电容增大后测量到的眼图

同样的位置,与图3相比可以看出增大耦合电容后,眼高变低。原因是“高速”使电容变的不理想。感应电感会产生串联谐振,容值越大,谐振频率越低,AC耦合电容在低频情况下呈感性,因此高频分量衰减增大,眼高变小,上升沿变缓,相应的JITTER也会增大。通常建议AC耦合电容在0.01uf~0.2uf之间,项目中0.1uf比较常见。推荐使用0402的封装。

最后,解决了以上两个问题,再从PCB设计上分析一下这颗电容的优化设计。实际在项目中,与AC耦合电容的位置、容值大小这些可见因素相比,更加难以捉摸的是板材本身(包括焊盘的精度、铜箔的均匀度等)以及焊盘处的寄生电容对信号完整性的影响。我们知道,高频信号必须沿着有均匀特征阻抗的路径传播,如果遇到阻抗失配或者不连续的情况时,部分信号会被反射回发射端,造成信号的衰减,影响信号的完整性。项目中,这种情况通常会出现在焊盘或者是板载连接器处。笔者最初涉及的高速电路设计时,经常遇到这个问题。

解决这个问题要从两个方面入手。首先在板材的选取上,我们在应用中通常选用高性能的ROGERS板材,罗杰斯的板材在铜箔厚度的控制上非常精确,均匀的铜箔覆盖大大降低了阻抗的不连续性;然后在消除焊盘处的寄生电容上,业内常见的办法是在焊盘处做隔层处理(挖空位于焊盘正下方的参考平面区域,在内层创建铜填充),通过增大焊盘与其参考平面(或者是返回路径)之间的距离,减小电容的不连续性。在笔者的项目中多采用介质均匀、铜箔宽度控制精确的ROGERS板材也有效提高了焊盘的加工精度。

通过仿真对比一下ROGERS板材做精确隔层处理前后的信号完整性。

5.png

图5:做隔层处理前的TDR

6.png

图6:做隔层处理后的TDR

图5图6对比,发现未处理之前阻抗的跳跃很明显,隔层处理后的阻抗改善很多,几乎没有任何阶跃与不连续。

7.png

图7:做隔层处理前的回波损耗

8.png

图8:做隔层处理后的回波损耗

图7图8对比,在用ROGERS板材做隔层处理之后,相比未做隔层处理回波损耗下降到-30dB之内,大大降低了回波损耗,保证了信号传输的完整。

综上,想要搞定高频电路中这颗“致命”的AC耦合电容,不仅要做足电路设计上的功课,同时,选择性能更好的高频PCB板材料会让你事半功倍。

换一批

延伸阅读

[真心话] PCB冷知识:红胶——你知道么?

PCB冷知识:红胶——你知道么?

在SMT和DIP的混合工艺中,为了避免单面回流焊一次,波峰焊一次的二次过炉情况,在PCB的波峰焊 焊接面的chip元件,器件的中心点点上红胶,可以在过波峰焊时一次上锡,省掉其锡膏印刷工艺。......

关键字:PCB SMT DIP 红胶

[新鲜事] 谷歌曾秘密寻求与欧盟和解Android反垄断,仍被无情地处以50亿美元罚款...

谷歌曾秘密寻求与欧盟和解Android反垄断,仍被无情地处以50亿美元罚款...

据彭博社北京时间7月23日报道,上周,欧盟竞争事务专员玛格丽特·维斯塔格(Margrethe Vestager)无情地对谷歌公司处以43亿欧元(约合50亿美元)罚款,创下欧盟史上反垄断罚款纪录。但是,结果原本不需要这样。一......

关键字:谷歌 Android反垄断

[猎聘集] 一个合格的电子工程师的工具箱里都应该有什么工具?

一个合格的电子工程师的工具箱里都应该有什么工具?

也叫多用表。一般可用于电压、电流、电阻的测量。有的还具有电容、电感、频率测量等功能。......

关键字:电子工程师 常用工具

[真心话] 电子工程师安身立命的八大看家本领,你学会了几个?

电子工程师安身立命的八大看家本领,你学会了几个?

作为一个电子工程师(electronic engineer)必备技能:抄板,焊板,画板,仿真,编程,调试,创意,坚持。八大技能,你几级了?......

关键字:电子工程师

[猎聘集] 如果时光倒流,这位被突然解雇的电子工程师应该做的5件事

如果时光倒流,这位被突然解雇的电子工程师应该做的5件事

一个朋友和我打电话讲,被公司开除了,现在拿着补偿金又到处找工作,压力很大。我很震惊,这个朋友技术不错,为人真诚,怎么就突然被开了呢?后面他和我讲了公司与他的故事,其中内容和原因就不讲了,只是把我心里的想法说一说:......

关键字:解雇 电子工程师

[疯狂史] 大学学了四年电子出来啥都干不成,原因难道都在我自己吗?

大学学了四年电子出来啥都干不成,原因难道都在我自己吗?

随着嵌入式EDA电子技术的飞速发展和应用领域的延伸扩张,仅仅在30多年前尚未曾有过的大量学科纷纷出现在高等教育的课程设置中。......

关键字:大学 嵌入式 EDA

[破谣言] 为何曾经人人担忧的“网瘾”逐渐没人提及了?

为何曾经人人担忧的“网瘾”逐渐没人提及了?

网络成瘾(Internet addiction disorder,IAD)这个名词最初是美国的精神科医生伊万·戈登伯格(Ivan Goldberg)想拿《美国精神疾病诊断手册》(DSM-IV)开涮,因为酗酒、赌博成瘾等 “行为障碍” 缺乏生......

关键字:网络成瘾 精神疾病 中国特色

[真心话] A!P!R!T!学习电子技术最重要的四大信条

A!P!R!T!学习电子技术最重要的四大信条

attitude、root、practic、time意思就不用说了吧?看到这里也许你会说,又是学习方法?有什么用,恩!的确学习方法再怎么说也只是学习方法。......

关键字:电子技术

[新鲜事] 科学家钻穿地壳:寻找地球最内的生命体

科学家钻穿地壳:寻找地球最内的生命体

大洋底部的某些岩石和沉积物,对生命而言过于炙热。但再往下呢?从洋底向下钻探数千公里,科学家发现了一些微生物。“我们不停地挖呀挖,一直没有到达生物圈的底部。”美国南加州大学地球化学家Jan Amend说。但一个新海洋钻探项目将试着找出答案。......

关键字:科学家 地壳 生物圈底部
发表评论 共有条评论
用户名: 验证码:

精确稳定 让平均电流法帮你实现模块电源并联

精确稳定 让平均电流法帮你实现模块电源并联

今天要为大家介绍的是平均电流法,这种方法能够精确稳定的帮助工程师实现电源模块的并……

九款最简单的电子镇流器电路图原理图分析

九款最简单的电子镇流器电路图原理图分析

从工作原理而言,电子镇流器是一个电源变换电路,它将交流输入市电电源的波形、频率和……

干货|交流接触器常用接线电路图和实物图

干货|交流接触器常用接线电路图和实物图

今天分享一些电气知识中的交流接触器常用接线电路图和实物图,从简单到复杂。

……

项目外包