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Leitfaden für Rauschunterdrückungsfilter
Grundlagen der Rauschunterdrückung [Lektion 11] Hinweise zur Verwendung von 3-poligen Chip-Kondensatoren
Nachdem wir bereits die Ferritperlen besprochen haben, werden wir in dieser Lektion darüber sprechen, was Sie wissen müssen, um Chipkondensatoren mit 3 Anschlüssen optimal zu nutzen.
1. Erwägungen bei der Montage von Chip-Kondensatoren mit 3 Anschlüssen auf einem Mehrschicht-Substrat
Chip-Kondensatoren mit drei Anschlüssen haben im Vergleich zu normalen Kondensatoren mit zwei Anschlüssen eine niedrigere Impedanz des Masseanschlusses, was der Schlüssel zur Unterdrückung von Hochfrequenzrauschen ist. Um diese Eigenschaft zu nutzen, ist es jedoch erforderlich, das Muster für die Montage zu beachten und das erdseitige Muster so dick und kurz wie möglich zu gestalten. Ähnliche Überlegungen gelten für die Montage auf einem mehrschichtigen Substrat.
Die Beispiele in Abbildung 1 veranschaulichen die Auswirkungen auf die Rauschunterdrückung, wenn die Art und Weise, wie der 3-Pol-Kondensator auf einem Vielschicht-Substrat montiert wird, geändert wird, insbesondere die Verbindung mit der GND-Schicht. In diesen Beispielen befindet sich die GND-Schicht nahe der gegenüberliegenden Seite der Oberfläche, auf der die MCU montiert ist. Ein Beispiel für eine kurze Verbindung zur GND-Schicht ist in Beispiel A dargestellt, in dem der 3-Pol-Kondensator nahe der GND-Schicht auf der gegenüberliegenden Seite der MCU-Montagefläche montiert ist. Beispiel C, bei dem der 3-Pol-Kondensator auf der gleichen Ebene wie die MCU montiert ist, zeigt das Ergebnis eines größeren Abstands zur GND-Schicht im Vergleich zu Beispiel A. Beachten Sie den deutlichen Unterschied im Rauschpegel zwischen den Beispielen A und C. Bei der Betrachtung des GND-Musters reicht es nicht aus, die Planarität zu berücksichtigen, sondern man muss auch die Länge der Durchkontaktierungen berücksichtigen. In Beispiel B in Abbildung 1 verlaufen der Leistungseingang und der Ausgang zum 3-Terminal-Kondensator durch dieselbe Schicht, ohne die klare Trennung, die in Beispiel A zu finden ist. (Da dies in schriftlicher Form schwer zu erklären ist, beziehen Sie sich bitte auf die Abbildung.) In diesem Fall ist der Rauschpegel etwas höher als in Beispiel A. Dies liegt wahrscheinlich daran, dass die Durchkontaktierungen des Eingangs und des Ausgangs zum 3-Terminal-Kondensator so nahe beieinander liegen, dass ein Teil des Rauschens aufgrund der kapazitiven Kopplung zwischen den Durchkontaktierungen nicht durch den 3-Terminal-Kondensator geht, sondern ihn umgeht. Wie dieses Beispiel zeigt, müssen Sie auf das Routing außerhalb des Kondensators achten, um die beste Leistung aus dem 3-Terminal-Kondensator herauszuholen. Abbildung 2 zeigt die wichtigsten Punkte für die Montage eines 3-poligen Chip-Kondensators.
2. "Non-Through"-Anschlüsse an den 3-Pol-Kondensator des Chips
Bei der üblichen Verwendung eines Chip-Kondensators mit drei Anschlüssen schneidet man zunächst das Muster der Leitung ab, deren Rauschen man reduzieren möchte, z. B. die Stromleitung, setzt den Kondensator ein und schließt dann den Masseanschluss an (Abbildung 3). Kürzlich wurde eine eher unkonventionelle Anschlussmethode vorgeschlagen. Diese Methode eignet sich, wenn man Spannungsschwankungen im IC stabilisieren will, indem man einen Kondensator mit drei Anschlüssen als Bypass-Kondensator für die IC-Stromversorgung verwendet. Diese Anschlussmethode ist in Abbildung 4 dargestellt, wobei im Gegensatz zu Abbildung 3 die Anschlüsse mit der Stromversorgungsleitung verbunden sind, ohne das Stromversorgungsmuster zu unterbrechen. Diese Anschlussmethode wird als "Nicht-Durchgangsverbindung" bezeichnet, da die Stromversorgungsleitung nicht durch den 3-Klemmen-Kondensator verläuft. Da die Verbindung zwischen der Stromversorgungsleitung und dem Kondensator parallel ist, wird die Impedanz dieses Teils halbiert, die Impedanz der Bypass-Strecke wird gesenkt und die Spannungsschwankungen des ICs werden reduziert. Außerdem heben sich, wie in der Abbildung gezeigt, durch die Positionierung der GND-seitigen und der netzseitigen Durchkontaktierungen nebeneinander die durch den Strom zwischen ihnen erzeugten magnetischen Flüsse gegenseitig auf, was zu einem scheinbaren Rückgang der Induktivität dieses Teils führt und die Impedanz weiter senkt. Da jedoch ein Teil des Rauschens durch die Stromleitung und nicht durch den 3-Terminal-Kondensator geleitet wird, ist der Effekt der Verringerung des nach außen entweichenden Rauschens im Vergleich zur herkömmlichen Verbindungsmethode, bei der der 3-Terminal-Kondensator nach dem Durchtrennen der Stromleitung eingefügt wird, deutlich geringer.
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