高速数字电路的电源分配网络(PDN)设计
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3.7 X2Y电容

3.7.1 采用X2Y电容替换穿心式电容

一个采用穿心式片状电容的电路和PCB布线如图3.7.1所示。在图3.7.1中,PWR印制导线是断开的,通过印制导线将穿心式片状电容串联在一起,电流被强制穿过电容且增加了直流电阻。由于其内部电极设计,因此对于每条通路都需要单个穿心式电容,增加了元件布局面积、复杂性和成本。

图3.7.1 一个采用穿心式片状电容的电路和PCB布线

既要满足不断增加的EMC要求,又要保证信号和电源完整性是今天的电路设计师必须面对的挑战。通过提供专利的X2Y?技术可以帮助设计师克服这一问题,并同时降低系统成本。采用X2Y电容(也称为EMI滤波器)具有高电容和低的等效串联电感、高可靠性、符合工业化标准的外观尺寸,以及采用方便表面贴装的卷带式包装等特点,主要用于旁路/退耦和EMI滤波。其中,优异的EMI抑制效果,可以帮助客户满足EMC要求。低等效串联电感,可以保持CPU、ASIC、FPGA等集成电路(IC)器件的电源完整性。在同样的条件下,使用增强型X2Y可以节省用于抑制噪声的无源元件。

X2Y电容在旁路/退耦应用时,可以减少过孔的使用从而改善布线,通过减少元器件的使用数量更进一步提高了产品的可靠性,通过简化电路设计节约系统开销。而在EMI滤波应用中,使用X2Y电容可以代替电感和穿心电容,用一个元器件就可以提供差模和共模滤波。

3.7.2 X2Y电容的封装形式和尺寸

X2Y电容的封装形式如图3.7.2所示,封装尺寸为0603~2220。传统的旁路电容在内部由两个相对的极性相反的电极组成,而X2Y电容用一组3层的防护电极层将一个传统的两端电容中的每一个电极都有效地包围起来,结果就形成了一个有3个节点的电容电路。从外面看,这样做的唯一差别是增加了两个边,从而构造了一个四端器件为电路设计师提供了多样化的选择。

图3.7.2 X2Y电容的封装形式

X2Y电容作为滤波器和去耦电路的应用形式如图3.7.3所示,推荐的X2Y电容焊盘布局和尺寸如图3.7.4和表3.7.1所示。

图3.7.3 X2Y电容作为滤波器和去耦电路的应用形式

图3.7.4 推荐的X2Y电容焊盘布局

表3.7.1 推荐的X2Y电容焊盘尺寸 单位:mm(in)

3.7.3 X2Y电容的应用与PCB布局

一个位于电源和返回线之间的X2Y电容的电路和PCB布局如图3.7.5所示,采用一个X2Y电容来替换两个穿心式电容。单个元件被置于旁路中的两条PCB导线之间,而不像穿心式电容那样采用串联形式,X2Y电容到PCB导线的连接是并行的。为差分连接形式,它为噪声提供了一条低阻值的路径,没有增加直流电阻,而且可以隔离PCB导线之间的串扰。

图3.7.5 一个位于电源和返回线之间的X2Y电容的电路和PCB布局

采用一个X2Y电容,安装在两条电源线之间的电路和PCB布局如图3.7.6所示。采用一个X2Y电容,安装在一条电源线之间的电路和PCB布局如图3.7.7所示。

图3.7.6 一个X2Y电容安装在两条电源线之间的电路和PCB布局

图3.7.7 一个X2Y电容安装在一条电源线之间的电路和PCB布局