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138 PDN 设计 之 电 源完整性 ： 高速 数字 产品 的鲁 棒 和 高 效 设计 度 迹线 以及 电 容 器下 方 的返 回 路 径 。 当然 ， 在 该配置 中 测 量的 S 参 数模型 的 感性 特 性 取决 于 夹 具 的细节 和 返 回 路 径 的 位 置 。 不 幸 的 是 ， 许 多 供 应 商和 客户在 系统 仿 真 中使 用这 些 S 参 数模型 ， 误认 为 S 参 数模型 必 须 准 确 。 毕 竟 ， 它 …
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
138
PDN
设计之电源完整性
：
高速数字产品的鲁棒和高效设计
度迹线以及电容器下方的返回路径
。
当然
，
在该配置中测量的
S
参数模型的感性特性取决
于夹具的细节和返回路径的位置
。
不幸的是
，
许多供应商和客户在系统仿真中使用这些
S
参数模型
，
误认为
S
参数模型
必须准确
。
毕竟
，
它达到了
3GHz
。
为了在去耦应用中使用双端口模型
，
许多用户将模型的一个端口连接到电路板的电容
器安装焊盘上
，
并将另一个端口接地
。
这种方法的问题是电容器的
S
参数模型表示为电容器在特定测量环境中的特性
，
指向
电容器和夹具返回路径的位置
。
这可能与最终用户系统中的安装结构完全没有关系
。
最终
的应用环境可能具有比测量配置多得多或少得多的安装电感
。
系统级的仿真结果将会产生
误导
。
提示
系统仿真中在使用供应商提供的电容器的
S
参数模型时
，
请小心
。
若环境与测
量夹具一样
，
则这些模型可以用于预测电容器在系统中的行为
。它们并不代表
与应用中有相同的安装电感
，
并可能产生误导性的结果
。
这是你在系统仿真中谨慎使用供应商提供的基于电容测量的
S
参数模型的主要原因
。
其他
3
个原因包括
：
•
S
参数通常以未知的方式被
“
纠正
”
；
•
某些
S
参数已破坏
，
但仍会发布
；
•
有时组件的电容与其标签不同
。
提供
S
参数模型的电容器供应商通常因被动和互惠原则进行
“
校正
”
测量
。
它们不会公
开所使用的算法
，
这些算法可能会减去
S
参数中任何大于
1
的偏移量
，
并用平均值代替每
对术语
。
这在已公开的
s
参数值中是显而易见的
，
如图
5-35
所示
，
它们显示有相同的
S
”
和
S22
值
。
这只能在
S
参数被仿真或
“
校正
”
的情况下发生
。
图
5-34
典型的用于测量电容器两端
S
参数的
微带夹具的图示
。
测量的感应质量取
决于夹具的几何尺寸
，
这并不是电容
器固有的
S
“
mag
0.96617446
0.96312476
0.95988758
图
5-35
phase
-14.09844577
-14.71015576
-1535460379
0.96617446
0.96312476
0.95988758
-14.09844577
-14.71015576
-15.35460379
在一个典型的
s
参数文件中
，
对于
3
个不
同的频率
，
S
”
和
S22
的一小部分值
。
注意,
S11
和与
2
的大小和相位值取
8
位小数位
第
5
章
实用多层陶瓷片状电容器的集成
139
如果所应用的校正针对的是原始
S
参数值的小部分
，
则提供校正的
S
参数不是问题
。
不过
，
如果用户不知道
S
参数在修改之前有多糟糕
，
那么我们将无法知道数据的好坏
，
也
无法评估数据的测量质量
。
一些测量显然已损坏
，
但仍由供应商发布
。
图
5-36
显示了与具有良好行为结果的另一
组测量的
S
参数的对比
，
显示出总失真
（
被测量的
S
参数转换为阻抗
）
。
如果测量
S
参数的工程师实际查看了结果并分析了测量质量
，
则他们不会发布这些结
果
。
他们会立即找出这些测量错误并重新测量
，
不会发布有缺陷的结果
。
这就是你不应该
盲目信任供应商提供的测量
，
而应该自己进行分析的一个原因
。
供应商不应该只聘请暑期
实习生来
“
解决
”
问题
，
而是应在结果公布前仔细分析
。
有时
，
测量的
S
参数对应于与文件标签值不同的电容器
。
例如
，
图
5-37
显示了针对
10nF
电容器的
S
参数模型提取的电容
。
提取的
5.
8nF
值远远小于此值
。
供应商有时使用
在
100Hz
或
120Hz
（
电源的频率
）
下工作的阻抗桥来测量电容值
。
该方法测量的电容与试图
在多个频率上脱离公共数据网有能力又正直的工程师无关
。
图
5-36
由供应商提供的由两个不同电容测量
得到的
S
参数模型转换为阻抗的示例
。
实线的数据显然有问题
。
虚线也类似,
但为具有良好的阻抗曲线的较高值的
电容器
。
供应商不应该发布实线数据
频率
（
Hz
）
图
5-37
从标称
10nF
电容的
S
参数模型中提
取电容的示例
，
但实际上是
5.8nF
电容
。
供应商经常测量在
100Hz
附
近工作的阻抗桥中的电容
。
在兆赫
兹范围内的
VNA
测量更有作用
提示供应商提供的大多数电容器的
S
参数模型都是
“
批量生产
”
的
，
其质量未由经验
丰富的工程师进行检查
。
终端用户应始终评估供应商提供的模型的质量
，
然后
再使用它们
。
5.
14
如何分析供应商提供的
S
参数模型
确定了盲目使用供应商提供的
S
参数模型的问题后
，
即使是直接测量的模型
，
我们也
应以
“
负责任
”
的方式使用这些模型
，
我们可以从这些模型中获得一些潜在的价值
。
通过少
量分析
，
可以解释在简单模型中测量的
S
参数和内在的
C
及提取的
ESR,
还有特定的基于