PDN设计之电源完整性 (史密斯).pdf - 第152页
136 PDN 设计 之 电 源完整性 ： 高速 数字 产品 的鲁 棒 和 高 效 设计 4nH 2nH 1 nH 0.5 nH 0.4 nH 子 的 下 方 。 在 这种 情 况下 ， 可以 安 装 低 至 lOOpH 的电 感 。 该 分 析 表 明 ， 减 少 电 容 器到 电路 板 表面的 安 装电 感 的 5 个 最 重要的设计 点如 下 所 示 。 • 使 用电 容 器 焊 盘 到 通 孔 的 短表面迹线 ； • 使 用 从…
第
5
章实用多层陶瓷片状电容器的集成
135
提示
安装电容器的电感取决于
3
个区域的具体特性
：
表面迹线的回路电感
、
电容器
主体以及到空腔顶部的通孔
。
使用简单的近似
，
我们估计这些元素来探索设计
的折中
。
差 典型值
好
反向宽高比
BGA
下的盖子
表面迹线
（
mil
）
60 30
20
10
宽度表面迹线
（
mil
）
10
10
10
60
空腔深度
（
mil
）
30
10
5
5
64
电容宽度
（
mil
）
30
30
30
60
电容长度
（
mil
）
60
60
60 30
板的电容偏移
（
mil
）
20
20
10
10
通孔数
1
1
1
2
1
通径半径
（
mil
）
5
5
5
5
5
通孔的中心到中心距离
（
mil
）
190
130
110
40
50
表面迹线的电感
（
pH
）
1753
876
584 292
电容器体的电感
（
pH
）
1099
876 575
137
通孔的电感
（
pH
）
1091
326
155
52 1474
总电感
（
pH
）
3943
2079
1314
481
1474
图
5-30
各种电容器安装选项和所产生的回路电感的分析
。
对于顶部电容器
，
我们必须加
上来自电源平面腔和
BGA
通孔的安装座
的回路电感
，
以便在
BGA
下通孔与盖子
进行正确的比较
这种分析值是大型印制电路板上回路电感可能的典型值
。
在具有堆积层和微通孔的封
装衬底上
，
尺寸较小
。
通孔可能只有几密耳长
。
多个通孔以最小间距直接放置在电容器端
136
PDN
设计之电源完整性
：
高速数字产品的鲁棒和高效设计
4nH
2nH
1
nH
0.5
nH
0.4
nH
子的下方
。
在这种情况下
，
可以安装低至
lOOpH
的电感
。
该分析表明
，
减少电容器到电路板表面的安装电感的
5
个最重要的设计点如下所示
。
•
使用电容器焊盘到通孔的
短表面迹线
；
•
使用从电容器焊盘到通孔的
宽表面迹线
；
•
将
空腔的
顶部尽可能靠近板的
顶部表面进行排列
；
•
尽可能使用反向宽高比电容
；
•
使用多个通孔连接电容器焊盘
。
图
5-31
阐明了较低电容器安装电感的一般设计参
考方向⑵
。
低安装电感的另一种替代电容器形式是
X2Y
配
置
，
有
时称其为三端子盖
。
在这种几何结构中
，
端子
配置在电容器的端部和中间
。
图
5-32
显示了
X2Y
电
容器的几何结构
。
X2Y
电容器是一种交指电容器
（
IDC
）
，
它被构造
图
5-31
降
低电容器安装
电感的设计趋
为多个电容器并联
，
具有能够实现直通孔的通孔样式
，
势图
但这些通孔不会阻塞布线通道
。
对于并联的
4
个电容器
，
电容器阵列的净安装电感是每个电感器回路电感的并联组合
。
如果每个电容器的回路电感约为
2nH,
则它们的并联组合将约为
0.
5n
H
。
四端
X2Y
组件
G2
图
5-32
可提供非常低的安装电感的
X2Y
电容器
。
端子
A
和
B
连接到电源平面
交指电容器的
4
个重要优点是:
•
多个并联电容并联
；
•
多个通孔对并行
；
第
5
章
实用多层陶瓷片状电容器的集成
137
•
有机会利用通孔之间的互感来减小通孔电感
；
•通孔相对于空腔占用的空间更大
，
可减少扩散电感
。
IDC
电容器的大部分优点来自通孔配置降低的电感
。
由于多个路径并行
，
所以对
X2Y
电容器的安装电感的估计会变得复杂
。
估计
X2Y
性
能优势最简单的方法是考虑电容器中每四分之一的安装电感
，
并按比例并联一定数量的电
容器
。
提示
X2Y
型等电容器提供了可在同一体内并联多个电容器的优势
。
这会将每个电容
器的
ESL
降低
1/
〃
，
这是显著的改善
。
大部分安装电容器中电感的改善来自通
孔模式
。
与常规电容器一样
，
板上表面迹线的长度会严重影响安装的回路电感
。
图
5-33
显示了
安装在一个电路板上两个不同
X2Y
电容器的测量阻抗
，
一个具有
20mli
长的表面迹线
，
另
一个带有电容焊盘通孔
。
测量回路电感
，
其差异令人吃惊
。
在通孔嵌入式配置中
，
X2Y
电
容器的安装回路电感低至
200pH
o
在电容器上加上
20mil
长的表面迹线后其安装回路电感
增加到
900pH
。
虽然该值仍然较小
，
但该短表面迹线使该值增加了
4
倍以上
。
图
5-33
两个不同
X2Y
电容器的测量阻抗
，
它们分别安装在具有
20mil
长的表面迹线和通
孔的板上
。
这两种配置的提取回路电感为
900PH
和
200PH
提示
当安装电感较低时
，
非常小的特性都可以显著增加安装电感
。
这就是为什么注
意细节是设计低电感电容器集成电路板的重要因素
。
5.
13
使用供应商提供
S
参数的电容器型号
电容器供应商的常见做法是为其电容器提供
S
参数模型
。
通常这些
S
参数文件源自允
许进行双端口测量的特定''系列"设备中电容器的测量值
。
图
5-34
显示了一个用于
VNA
的
简单微带夹具的示例
。
电容器串联在
VNA
的两个端口之间
，
具有从端口的参考平面到电容器焊盘的一些长