Паразитная индуктивность межсоединений на печатной плате может привести к неисправности источников питания. Слишком большая индуктивность приводит к увеличению импеданса драйвера на высоких частотах. Это в свою очередь негативно влияет на эффективность конденсаторов в фильтрах. Наличие на плате полигона земли уменьшает паразитную индуктивность проводников и обеспечивает оптимальную работу источников питания.
Ниже приведены простые формулы для расчета паразитной индуктивности межсоединений, пролегающих на свободных участках платы и над полигоном земли. Наипростейший случай — прямоугольный проводник, расположенный на свободном участке платы. Расчет производится по формуле, приведенной на рисунке 1.
Зависимость индуктивности от длины намного сильнее, чем от ширины. Данное выражение согласуется с рекомендацией делать проводники как можно шире, хотя зависимость эта слабая (логарифм). В таблице на рисунке 1 приведены расчетные значения индуктивности для некоторых значений ширины проводника. Например, проводник шириной 0,25 мм и высотой 0,07 мм имеет индуктивность около 24 нГн при длине 25 мм. Если его ширину увеличить в 50 раз, индуктивность уменьшится всего в 4 раза.
Рис. 1. Расчет паразитной индуктивности прямоугольного проводника
Полигоны земли на печатных платах позволяют упростить трассировку и минимизировать дрейф напряжения земли, а также обеспечивают электромагнитную защиту, контроль импедансов и упрощают охлаждение компонентов. К тому же, они уменьшают паразитную индуктивность проводников. На рисунке 2 приведена формула для расчета индуктивности для случая, когда проводник проходит над полигоном земли.
Зависимость между индуктивностью и длиной и высотой проводника линейна. Таким образом, минимизация расстояния между проводником и полигоном или увеличение ширины проводника позволяет уменьшить индуктивность до нуля. В таблице на рисунке 2 приведены расчетные значения индуктивности для тех же проводников, что и в таблице на рисунке 1, однако в предположении, что они расположены над полигоном земли.
Рис. 2. Расчет паразитной индуктивности прямоугольного проводника, расположенного над полигоном земли
Например, проводник шириной 0,25 мм над свободным участком имеет индуктивность 14 нГн на дюйм, а тот же проводник над полигоном земли на двусторонней плате толщиной 0,06 дюйма — только 3 нГн на дюйм. Разница почти в 5 раз. В результате драйверы работают быстрее, фильтрация производится эффективнее, а потери в схеме уменьшаются. Из таблицы также видно, что для шестислойной платы, где толщина диэлектрика составляет 0,01 дюйм, индуктивность уменьшается еще в 6 раз.
При разводке платы стремятся расположить слои земли как можно ближе к поверхности платы, чтобы минимизировать паразитную индуктивность, возникающую при установке компонентов на поверхности платы.
Итак, индуктивность проводников однослойной платы велика из-за отсутствия слоя земли. Частично ослабить паразитные связи можно за счет расположения проводников парами. Однако лучших результатов можно добиться добавлением слоя земли.
