为什么四层板教材内层都是建议一层电源层，一层地层呢

李明宗伟

《信号完整性分析》 Eric Bogatin
网上搜就有下载了。

592671471

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。

myexpma

李明宗伟 发表于 2013-12-26 19:38
多看书！

7 E5 @( M) K" K' e  H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。

loveluo

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！

李明宗伟

myexpma 发表于 2013-12-27 19:49
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 ...

8 J4 Q! X0 C# L8 L! @/ o谢谢21楼的提醒。
  B$ g: l4 @4 p2 D, i
5 P- L1 h1 d7 f“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。
: N3 n6 E# |+ c2 |" a6 M
, _2 s; U+ I! A* b3 R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。
* y/ L; v2 p4 G+ h6 A: \
& V- q' c+ V5 s. x4 i; U( A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。
0 m( k7 r" O, \+ E
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。
9 f, c  V, l+ e2 n8 y* s$ N
2 C. N5 D; |) m( G' @$ y0 d
/ p" M! g9 M: O( G% ]

* L+ y$ ]/ k7 n4 `- Z
# m( w8 F2 S0 s2 H+ ~

阿科GL

% g2 u) M0 N' }( X8 h7 s

李明宗伟 发表于 2013-12-27 21:26
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。
/ g4 h1 E; K0 j0 F% P' C! u9 I
电源平面和地平 ...

/ O# Y( ]" W# I5 ~7 g' L
2 o! L/ ^' h  N- r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，
; u* L: }3 d5 a) N: b4 m+ j三人行必有我师，多交流，少教导。
5 z& C+ F/ S/ K2 u2 q我也是新手，希望多流你和经验。

myexpma

$ u5 V, x, j. y8 K/ w2 w; r

李明宗伟 发表于 2013-12-27 21:26
$ A: t% _6 i; `0 K7 O0 h% V谢谢21楼的提醒。

“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。

至于什么是回路自感，真不明白。
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。

李明宗伟

+ ?- a) s4 K  I, S% t3 C

myexpma 发表于 2013-12-29 19:45
至于什么是回路自感，真不明白。
( v8 O. f7 s! R+ }7 x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 ...

所谓回路自感，就是平面层回路的等效串联电感。

& s% R. p0 k: c/ s) ]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( o2 ^- L. J6 ]
“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。

- u% w, ?& m5 u7 l1 \8 S9 \9 z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。
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。

" ~- x; X$ P0 ?# n! E6 a8 V) 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。

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。
0 }% w7 M; u& g) z( {4 E
# Z1 v3 E) t0 E' V8 K阻抗=感抗+容抗=L+1/C。（忽略电阻部分）
; m5 y# G& w: s3 x6 b+ U% Q
对于层间等效电容，阻抗=平面层感抗+1/层间等效电容
对于电容元件，阻抗=平面层感抗+元件自身感抗+1/元件电容
, X7 \- X" [5 o8 _3 P: r: d
对比看出：
8 J# K3 k: n& f% t7 l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。
0 R- [2 d/ |& w& j容抗部分，元件电容比层间等效电容至少大4个数量级。
: C0 d  y6 o8 v) y% o
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？

# E) E7 G2 |4 H/ h" W1 k/ W$ x  L/ r
7 f. v* C7 l. e- ~- G( O" s1 |
$ |5 _% t+ F& ?" U) W

tom781019

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。

myexpma

李明宗伟 发表于 2013-12-29 22:11
所谓回路自感，就是平面层回路的等效串联电感。
2 J: V7 B/ \8 v  D( g
地平面和电源平面就是为了提供低电感的回路。这个低 ...

* _: f$ Z. d5 r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？
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。
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。

李明宗伟

myexpma 发表于 2013-12-30 19:24
" F8 @: y7 g' O+ o/ k0 L( A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？
, @; e/ Z6 K+ r4 i! ?' `& D对一个问题，可以 ...

( F5 a( H* T! w' W
看来你没有仔细看我在23楼的分析。
$ U2 b( _: p) N3 P5 L
5 D1 A# m! c4 \. g3 [1.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？
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；
       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。

2.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。
7 C, L1 i! m1 A0 j9 N& E' 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。
+ F$ j6 b) B* o6 ~' k( Y

myexpma

李明宗伟 发表于 2013-12-30 20:47
% O4 f- q1 S/ z看来你没有仔细看我在23楼的分析。
9 W1 p$ d4 y; d4 Y3 }; x  I
$ w9 [1 e* O0 j$ t1.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 ...

, Y- a$ n, @# h8 o/ f) @9 `( @混淆了两个概念：理想电容和实际电容。
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。
; Y( j- `6 z9 d& B

$ S# b; l" l4 e8 f& i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 `" H0 ~9 P! e1 c7 k6 H+ f# N8 h
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。

李明宗伟

myexpma 发表于 2014-1-2 19:26
$ o# a+ N1 F3 p* t' H  ^# l7 i, }1 E& U混淆了两个概念：理想电容和实际电容。
  v! v+ _4 s' N5 O+ W4 {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 ...

" ~5 x; Q4 N5 ~( 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？
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。
$ ^( i* c4 ~6 i$ W0 @

CS.Su

A19861008 发表于 2013-12-25 09:01
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 ...

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

myexpma

李明宗伟 发表于 2014-1-2 19:52
  C' Y; k8 _# ^1 Q* _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，估 ...

其实前面已经说得很明确了。
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。
* z% ?* Y7 e9 t: P一定要区别理想电容和实际电容。