Özet
Decoupling kapasitörün baskı devrenin üzerine veya altına olması diye tek bir çözüm yoktur. Baskı devre üzerine kapasitörü monte edecek en iyi taraf, dikdörtgensel çevre alanının en küçük olduğu yerdir, bu da iki seçenek arasından en düşük endüktansla sonuçlananır.

Decoupling kapasitörü baskı devre üzerine monte edildiğinde, kapasitör montaj geometrisine bağlı olan endüktans, kapasitörün etkinliğini bastırır [1]. Entegre devre (IC), akımını, plakalar arası 10 mil (10 mil = 0.0254 mm) veya daha inceyse kapasitörden almaktansa, plakalar arasında çok daha düşük endüktansa sahip depo edilen yükten alacaktır. Daha sonrasında decoupling kapasitörler daha sonra plakaları tekrar yükler, bu yüzden de plakaya bağlantı endüktansı önemli bir faktördür. Kapasitörlerin bağlantı delikleri birbirlerinden çok uzaksa, veya decouple olacak plakalar kartın üstünden çok uzaksa(veya kartın altından), endüktans yüksek olacaktır ve bu kapasitör yüksek frekanslarda etkili olmayacaktır.

Kapasitör bağlantısının endüktansını hesaplamak için karmaşık bir formüle ihtiyaç vardır [2]. Buna rağmen, endüktans, çevre alanıyla doğru orantılı olduğundan, göreli verim ölçüsünü bu karmaşık problemi her seçenek için basit dikdörtgen çevreye dönüştürerek elde edebiliriz. Eğer bir seçenek daha az çevre alanına sahipse, en az endüktansa sahip olacaktır ve tasarım seçeneği olarak tercih edilecektir. Şekil 2 ve Şekil 4 yüksek endüktanslı bağlantıyı gösterirken, Şekil 1 ve Şekil 3 düşük endüktanslı bağlantıyı göstermektedir.

Şekil 1. Kartın üstüne monte edilmiş kapasitör ile düşük endüktanslı bağlantı
Şekil 2. Kartın üstüne monte edilmiş kapasitör ile yüksek endüktanslı bağlantı


Şekil 3. Kartın altına monte edilmiş kapasitör ile düşük endüktanslı bağlantı
Şekil 4. Kartın altına monte edilmiş kapasitör ile yüksek endüktanslı bağlantı

Şekil 1 ve 2'de, çevre alanı çok farklıdır, Şekil 2’deki çevre çarpıcı şekilde büyüktür. Bu örnek için, güç/toprak plakası kartın altına üstünden daha yakın olduğu yerlerde, çevre alanı daha küçüktür (Şekil 3) ve eğer kapasitör kartın üstünden çok altına monte edildiğinde bağlantı endüktansı düşük olacaktır. Eğer Şekil 1 ve 4’te gösterildiği gibi güç/toprak çifti baskı devrenin üstüne yakınsa tersi de doğrudur.

Örneğin, büyük top ızgara düzeninde (BGA- ball grid array) cihaz bir çok güç ve toprak bacağına sahip olacaktır. Çoğu kez, decoupling kapasitörleri baskı devrenin alt tarafına BGA kaçış delikleri üzerine, kapasitör tarafından görülen bağlantı endüktansını en aza indirmek için yerleştirilir. Eğer bu örnekteki güç/toprak plaka çifti baskı devrenin üstüne yakınsa kapasitör ve palakalar arasındaki dikdörtgensel çevre, eğer kapasitörler baskı devrenin üzerine entegre devre çevresine yerleştirildiğinde daha küçük olacaktır.

Bu tip bir analiz genellikle gömülü kapasitans gibi özel kart teknolojilerine karar vermenin değeceğine karar vermek için geçerlidir. Eğer gömülü kapasitans katmanı kartın derinlerindeyse (alt katmana yakın), entegre devrenin güç/toprak bacakları ile gömülü kapasitans katmanı arasındaki dikdörtgensel çevre alanı yüksek olacaktır ve gömülü kapasitans katmanının iyi etkilerini en aza indirecektir. Diğer bir taraftan, eğer gömülü kapasitans katmanı baskı devrenin üstüne yakınsa, dikdörtgensel çevre alanı küçüktür, entegre devrenin gömülü kapasitansın faydalarından az bir bağlantı endüktansı sayesinde yararlanacaktır.

Kaynakça
[1] Wang, Chen, Jingkun Mao, Giuseppe Selli, Shaofeng Luan, Lin Zhang, Jun Fan, David J. Pommerenke, Richard E. DuBroff and James L. Drewniak, “An Efficient Approach for Power Delivery Network Design with Closed-Form Expressions for Parasitic Interconnect Inductance,” accepted for publication in IEEE Trans. On Advanced Packaging.
[2] Knighten, J., B. Archambeault, J. Fan, G. Selli, L. Xue, S. Connor, J. Drewniak, “PDN Design Strategies: II. Ceramic SMT Decoupling Capacitors – Does Location Matter?” IEEE EMC Society Newsletter, Issue No. 208, Winter 2006, pp. 56-67