PDN设计之电源完整性 (史密斯).pdf - 第128页
112 PDN 设计 之 电 源完整性 ： 高速 数字 产品 的鲁 棒 和 高 效 设计 参 考 文 献 [1 ] F. W Grover, Inductance Calculati ons. Mineola, NY: Dover Public ations . [2 ] J. D. Kraus , Electr omagnetics, 4th ed. McGr aw-H ill, 1992. [3 ] C. R. Paul, Indu…
第
4
章电感和
PDN
设计
1"
( H U )
掇秘
密回
0
le07
leO8
le09
频率
（
Hz
）
lelO
图
4-27
由仿真
S
参数得到的通孔对结构回路电感
运用
4.
5
节的经验法则
，
对于空气中
lin
的结构
，
上限频率大约为
0.6GHz
。
当电介质
使光速下降时
，
上限频率降为
0.3GHz
。
此例中通孔的尺寸为
0.06in
。
如果长度减少因子
为
16,
则上限频率根据此因子将增加
：
0.
3GHzX16
=
4.8GHz
0
这样可以预测在准静态模
型对应的结构中其频率可达到
5GHz
。
在图
4-27
中电感在频率小于
5GHz
时一直为常数,
这与预测一致
。
4.
17
总结
1
.PDN
的回路电感在高频时制约着
PDN
的阻抗
，
同时增加阻抗的峰值
。
因此减少电
感
是设计
PDN
的重要准则
之一
。
2
.
电感从根本上代表电
流产生闭合磁
感线的
效率
。
每安培电路生成的闭合磁感线越
多
，
回路电感越高
。
3
.
电感和电流回路中每安培电流存储在电磁场中的能量大小也有关
。
4
.
不要混淆导体的回路电感和导体周围
的磁场密度
，
二
者是不同的
。
高磁场密度不能
得出高
电感
。
5
.
在尺寸小于
1/20
波长时对回路电感使用准静态近似效果很好
。
在空气中
，
准静态
近似在千兆赫兹以下时
，
数值为
0.
6/in
。
6
.
可以精
确计算出简单
圆导体的回路电感
。
对于其
他几何
形状
，
只能
得到一
个近似
计算
。
7
.
大体上
，
3
种几何特征能减少回路电感
：
缩短导体长度
、
增加宽度
、
使信号和返回
电
流距离更近
。
8
.
当导体是两个平面时
，
正方
形截面
因电流从一个边缘流入又从
另一个
边缘返回而具
有额外的回路电感
，
且其值与边缘大小无关
。
所有正方形结构的电感相同
。
一个正方形的
电感称为片状电感
。
9
.
对回路电感使
用平行
板近似才是精确的
，
除非
10
倍介质厚度大于线宽
。
10
.
对于所有同材料
、
同特性阻抗的传输线来说
，
单位长度的回路电感相同
，
与其实
际横截面的形状无关
。
112
PDN
设计之电源完整性
：
高速数字产品的鲁棒和高效设计
参考文献
[1
]
F.
W
Grover,
Inductance
Calculations.
Mineola,
NY:
Dover
Publications.
[2
]
J.
D.
Kraus,
Electromagnetics,
4th
ed.
McGraw-Hill,
1992.
[3
]
C.
R.
Paul,
Inductance:
Loop
and
Partial.
John
Wiley
&
Sons,
Inc.,
2009.
[4
]
B.
Young,
Digital
Signal
Integrity.
Upper
Saddle
River,
NJ:
Prentice-Hall,
2001.
[5
]
E.
Bogatin,
Signal
and
Power
Integrity
—
Simplified.
Second
Edition.
Prentice-Hall,
2010.
[6
]
“
Inductance
Calculator,
M
The
Clemson
University
Vehicular
Electronics
Laboratory.
[Online].
Available:
calculators/Inductance_Calculator/.
http://www.cvel.clemson.edu/emc/
[7
]
Y
Shlepnev,
c<
Simbeor
Electromagnetic
Signal
Integrity
Software.
5,
[Online].
Available:
.
http://www.simberian.com/
|
Chapter
5
|
第
5
章
实用多层陶瓷片状电容器的集成
5.
1
使用电容器的原因
电容器是
PDN
生态中的重要组成部分
，
可以减少
VRM
有效性和芯片时钟之间的频带
阻抗
。
理想电容器的阻抗与频率成反比
，
公式如下
：
Zc
=
(5-1)
W
C
式中
，
Zc
是理想电容器的阻抗
；
s
是角频率
(rad/s)
；
C
是电容
(
F)
。
举一个简单的例子
，
0.
1*F
的电容器在频
率为
1MHz
时的阻抗约为
1
。
：
1I
=
=
―
-
-
=
--------
1
-------------
in
1
cl
sC
2
k
fC
2
兀
106x10-7
U
(5-2)
图
5-1
为
3
种不同的理想电容器的阻抗
。
从中
可以看出
，
电容越大
，
阻抗越小
。
这表明了在
PDN
中
，
尤其是在高频下,
在电路中加入电容器可以降低阻抗
。
尽管可以
通过加入电容器获得更低的阻抗
，
然而
，
正如
在第
2
章中提到的
，
理想电容器和实际电容器
在性能上存在差异
。
图
5-1
3
种不同理想电容器的阻抗图
提示
乍一看
，
在
PDN
中使用电容器来降低阻抗很有可行性
，
但是由于实际电容器
与理想电容器在性能上存在差异
，
所以实际使用时还是有许多问题
。
实际电
容器的等效串联电感在高频条件下会将其低阻抗转化为高阻抗
，
这会使应用
复杂化
。
我们将充分考虑理想电容器的电容
、
电感和电阻特性来设计
PDN
的阻抗曲线
，它由
单个或组合的电容器构成
。
所以
，
构建一个阻抗曲线精确的电容器模型是设计
PDN
阻抗
曲线的关键
。