這些配置可用于將解耦電容器連接到PCB功率和接地平面。我們將看到，進(jìn)行小型更改可以顯著降低去耦環(huán)的電感。
　　為什么我們需要一個(gè)去耦電容器？
　　時(shí)鐘數(shù)字IC通常需要大型瞬態(tài)電源電流。例如，大型微處理器可以在很短的時(shí)間內(nèi)繪制至10 a的電流。隨著IC輸出的上升/秋季時(shí)間的下降，我們需要以更高的速率提供此瞬態(tài)能量。 PCB的功率和接地導(dǎo)體確實(shí)表現(xiàn)出一些電感。如果數(shù)字IC的較大瞬態(tài)電流通過電源和接地導(dǎo)體的電感，則將在電感上產(chǎn)生一個(gè)電壓。由于電源和接地導(dǎo)體的瞬時(shí)電壓滴度很大，因此我們將無法在IC的電源和接地墊上傳遞恒定電壓。
　　上述問題的解決方案是提供可以提供瞬態(tài)電流的充電來源。這通常是通過將分離電容器放置在每個(gè)邏輯IC上的距離來實(shí)現(xiàn)的。我們始終請(qǐng)記住，電路電源路由僅補(bǔ)充去耦電容器中的電荷，而去耦電容器應(yīng)提供所有高頻瞬態(tài)電流。去耦電容器提供與IC輸出的上升/秋季時(shí)間相關(guān)的短時(shí)間間隔的瞬態(tài)電流，并且電源至少有一半的時(shí)鐘周期來充電解耦電容器。將高頻能量保持在電源分配軌跡上，使我們可以更輕松地容忍電源分配結(jié)構(gòu)的不可避免的電感。
　　脫鉤循環(huán)的電感
　　如上所述，我們使用去耦電容器來避免通過電源分配軌跡提供高頻電流，從而表現(xiàn)出高電感。這就是為什么將解耦電容器連接到IC的路徑的電感也很重要。如果解耦環(huán)的電感不夠小，則邏輯IC將嘗試通過功率分布結(jié)構(gòu)獲得其一些高頻能量。因此，我們需要仔細(xì)檢查解耦環(huán)的電感，并以各種可能的方式最大程度地減少它。請(qǐng)參閱本文，以了解一種重要的技術(shù)，以減少脫鉤循環(huán)的電感。在本文中，我們將通過配置專注于不同的配置，這些配置可用于將解耦電容器連接到PCB功率和接地平面。
　　帶有相反方向的電流的VIA　　安裝脫鉤電容器的常規(guī)方法是將VIA放在電容器墊旁邊，如圖1所示。

　　圖1。圖像由電磁兼容性工程提供。
　　在這種情況下，從電容器的安裝墊到動(dòng)力地面對(duì)的總電感劑的典型值約為1.1 nh。為了降低這些VIA的總電感，我們可以將它們靠近。使vias靠起來會(huì)增加它們之間的相互電感。　　由于這兩個(gè)vias的電流朝相反的方向流動(dòng)，因此相互電感的增加將降低每種VIA的凈電感。為了更好地理解這一點(diǎn)，請(qǐng)記住，經(jīng)過電感器的電流會(huì)產(chǎn)生環(huán)繞導(dǎo)體的磁場(chǎng)線。這些磁場(chǎng)線的方向可以通過圖2所示的右手規(guī)則找到（在此示例中，當(dāng)前方向向上）。

　　圖2。使用的圖像信號(hào)和功率完整性簡(jiǎn)化的庫。
　　當(dāng)電流通過A VIA時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生包圍它的磁場(chǎng)線。一個(gè)通過一個(gè)通過的磁場(chǎng)線也將環(huán)繞另一個(gè)通過另一個(gè)磁場(chǎng)線。　　由于兩個(gè)VIA在相反的方向上產(chǎn)生磁場(chǎng)（見圖3），因此它們之間的磁耦合實(shí)際上會(huì)減少每個(gè)通過環(huán)繞每個(gè)通過的磁場(chǎng)總數(shù)。導(dǎo)體周圍的凈磁場(chǎng)線的數(shù)量決定了其電感。因此，當(dāng)我們具有帶有相反方向的電流的VIA時(shí)，增加它們之間的磁耦合將減少每個(gè)通過展覽的有效電感。

　　圖3　　因此，一種降低去耦環(huán)的電感的一種技術(shù)是將遠(yuǎn)離脈沖閉合，如圖4所示。在這種情況下，電容器的安裝墊和動(dòng)力 - 地面對(duì)之間的電感降低到0.7 nh。

　　圖4。圖像由電磁兼容性工程提供。
　　vias帶有相同方向的電流　　為了進(jìn)一步降低去耦循環(huán)的電感，我們可以使用多個(gè)VIA，而不必為每個(gè)電容器墊使用一個(gè)VIA。兩個(gè)可能的布置如圖5所示。

　　圖5。圖像由電磁兼容性工程提供。
　　如果連接到同一墊的VIA之間沒有相互的電感，我們可以很容易地得出結(jié)論，平行VIA的等效電感將與VIA的數(shù)量成反比。如果它們之間有一些相互的電感怎么辦？
　　通過連接到同一墊的VIA的電流朝著相同的方向。與圖3中的情況不同，圖5的平行vias之間的磁耦合將增加環(huán)繞每個(gè)通過環(huán)繞的總數(shù)。因此，當(dāng)我們的VIA攜帶具有相同方向的電流時(shí)，增加它們之間的磁耦合將增加每個(gè)通過展覽的有效電感。　　讓我們考慮每個(gè)墊子的兩個(gè)VIA（上圖）。假設(shè)每個(gè)通過l的自我電感為l，并且平行脈沖之間的相互電感為m（下面的圖6）。等效電感的價(jià)值是什么？

　　圖6
　　考慮到兩個(gè)VIA的磁場(chǎng)線在相同的方向上，可以證明這兩個(gè)VIA的等效電感由以下方式給出：
　　\ [l_ {等價(jià)} = \ frac {l + m} {2} \] \]
　　相互感應(yīng)，m，不能比自感應(yīng)l更大。
　　通常假定，如果VIA之間的中心對(duì)中心間距大于VIA的長(zhǎng)度，則相互電感的變化遠(yuǎn)小于自我電感。在這種情況下，VIA的等效電感將與VIA的數(shù)量成反比。
　　使用多個(gè)VIA的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)　　我們看到，使用多個(gè)VIA，我們可以具有與VIA數(shù)量成反比的等效電感。還有另一種允許圖5的排列具有較低的電感。要了解該第二種機(jī)制，我們需要考慮當(dāng)通過A液體向外或從AVIA饋送電流時(shí)，平面中的電流分布。如圖7所示，在VIA的附近，電流被限制為通過VIA流入或從平面流出。當(dāng)我們遠(yuǎn)離VIA時(shí)，電流會(huì)散布。

　　圖7。圖像由電磁兼容性工程提供。
　　檢查平面的電感可能是一個(gè)復(fù)雜的問題，并且超出了本文的范圍。您可以在《電磁兼容性工程》一書的第10章中找到一些細(xì)節(jié)。重要的一點(diǎn)是，遠(yuǎn)離電流可以散布的vias，平面表現(xiàn)出低電感。然而，在遠(yuǎn)處接近電流無法散布，路徑的電感顯著增加。
　　有趣的是，圖7中所示的當(dāng)前分布的總電感將主要取決于VIA附近的大電感。圖5的布置使用多個(gè)VIA連接到飛機(jī)。結(jié)果，與使用單個(gè)VIA的配置相比，多重VIA配置允許電流在平面更寬的區(qū)域中散布。因此，多重vias可以減少平面在遠(yuǎn)處的電感上，因此減少了脫鉤環(huán)的電感。　　如您所見，次級(jí)兩端的電壓是一個(gè)正弦波形，其幅度由磁芯位置調(diào)制（在我們的仿真中，幅度實(shí)際上是由 x 調(diào)制的，它被認(rèn)為是磁芯位置的函數(shù)）。這就解釋了為什么用于提取 core 位置信息的電路稱為解調(diào)器。　　對(duì)于較低的整流器，我們得到類似的波形，如圖 8 所示。

　　圖 8
　　下圖中的紅色曲線顯示了最終輸出 （V外= V（a）-V（b））。

　　圖 9
　　雖然輸出信號(hào)有一些突然的變化，但它看起來像 x 的放大版本，它是核心位移的函數(shù)。
　　因此，調(diào)制器輸出似乎如預(yù)期的那樣為我們提供了核心位置。為了驗(yàn)證這一點(diǎn)，我們可以使用 LTspice 的 FFT 功能來查找輸出電壓的頻率成分。如圖 10 所示。

　　圖 10
　　輸出 FFT 顯示主頻率分量為 250 Hz，即物體運(yùn)動(dòng)的頻率。還有一些高頻分量可以在 signal conditioning 電路的后續(xù)階段通過低通濾波器進(jìn)行濾波。
　　二極管半波整流器的局限性
　　上述仿真包含一個(gè)理想的二極管模型。實(shí)際二極管表現(xiàn)出非零的正向壓降。當(dāng) LVDT 輸出的幅度相對(duì)較小時(shí)，這可能會(huì)導(dǎo)致非線性誤差。為避免二極管 I-V 特性的非線性區(qū)域，即使磁芯與零位置處于最大距離，LVDT 次級(jí)的幅度也應(yīng)大于二極管的正向壓降。
　　請(qǐng)記住，當(dāng)內(nèi)核處于滿量程位移時(shí)，其中一個(gè)次級(jí)器件兩端的電壓處于最小值。對(duì)于一些微型和專用 LVDT，輸出幅度可能相對(duì)較小，二極管正向電壓可能會(huì)導(dǎo)致問題。
　　此外，二極管的正向壓降是溫度的函數(shù)（硅的溫度系數(shù)約為 -2.2 mV/°C）。正向電壓降甚至?xí)S著焊接過程引起的機(jī)械應(yīng)力而變化。另一種可能導(dǎo)致機(jī)械應(yīng)力的機(jī)制是二極管體和電路板之間的熱膨脹系數(shù)差異。因此，為兩個(gè) LVDT 輸出提供足夠匹配的整流器可能具有挑戰(zhàn)性。
　　除了二極管的正向壓降外，兩條路徑的阻抗也應(yīng)匹配，以避免兩個(gè)次級(jí)的響應(yīng)之間出現(xiàn)不必要的不匹配。
　　Precision Rectifier
　　為了規(guī)避二極管整流器的限制，我們可以使用精密整流器（如圖 11 所示）來獲得每個(gè) LVDT 次級(jí)的直流值。
　　圖 11
　　盡管精密整流器可以解決簡(jiǎn)單二極管整流器的挑戰(zhàn)，但它也有其自身的局限性，例如噪聲抑制小。在下一篇文章中，我們將更詳細(xì)地介紹該電路，并討論 LVDT 應(yīng)用的同步解調(diào)器。