PDN设计之电源完整性 (史密斯).pdf - 第229页
第 7 章 信号 返 回平 面 改 变 时 ， 信号 完整性 的 探 讨 213 图 7-11 每 个 边 为 6in 的腔 体 ， 厚 度 为 lOm il, 具 有 不同 的电 容 器 结 构 ， 从 腔 体 角看过 去 的阻 抗 。 随着电 容 器 安 装电 感 的 减 小 ， 腔 体 模态 共 振 的 主 要趋 势 是 频率 向 高频 方 向 移 动 。 使 用 Mentor Gra phic s Hype rL ynx PI …
212
PDN
设计之电源完整性
：
高速数字产品的鲁棒和高效设计
图
7-9
6inX6in
的腔体
，
具有
25
个相同的电容器均匀分布在其表面
，
电容值分别为
10nF
、
100nF
、
1/F
、
10*F
和
ESL
为
2nH
的阻抗曲线
。
高于自谐振频率
，
电容值不影响
腔体阻抗曲线
图
7-10
两个平面之间通孔电感和电路板元件层其他电容器通孔的环路安装电感的贡献
与单个短路通孔相比
，
较高的安装电感戏剧性地减小了电容器短路腔体和抑制平面谐
振的效果
。
提示虽然隔直电容器提供了腔体两端的低阻抗
，
但它的安装电感总比单个通孔高
得多
，
这意味着隔直电容器在抑制腔体谐振方面永远不如短路通孔那样有效
。
如图
7-11
所示
，
6in
正方形腔体与前面所示相同
，
具有
25
个均匀分布的电容器
，
但
是有不同的安装电感
。
我们假设
：
电容量足够大
，
所以电容器的自谐振频率应该是低
的
。
对于
lOmil
的腔体
，
安装电感必须小于
50pH,
它才能与通孔的电感相比
，
从而抑制
腔体模式的有效性才能与短路通孔相比
。
腔体谐振被抑制的频率依赖于电容器的安装
电感
。
第
7
章信号返回平面改变时
，
信号完整性的探讨
213
图
7-11
每个边为
6in
的腔体
，
厚度为
lOmil,
具有不同的电容器结构
，
从腔体角看过去
的阻抗
。
随着电容器安装电感的减小
，
腔体模态共振的主要趋势是频率向高频方
向移动
。
使用
Mentor
Graphics
HyperLynx
PI
进行仿真
7.6
为抑制腔体谐振
，
估计隔直电容器的数量
为了让电容器像直接短路通孔那样有效
，
所需的电容器数量正比于电容器安装电感与
短路通孔电感之比
。
在正方形腔体中
，
电容器的间隔随着电容器数目〃的平方根而下降
。
如果使用隔直电容器来抑制腔体谐振
，
则需要比短路通孔更为靠近的间隔
。
我们可估算所需电容器的数量
。
隔直电容器总的电感可为安装电感加上通孔电感
。
对
腔体的总回路电感为
：
L
blocking
_
cap
=
Amount
+
^via
(7-21)
214
PDN
设计之电源完整性
：
高速数字产品的鲁棒和高效设计
式中
，
Lb]mking_cap
是腔体平面中电容器总的回路电感
；
Lmwn
是与电容器安装形状有关的额
外的回路电感
；
L
总是单个通孔的总电感
，
相当于短路腔体的通孔
。
对于一阶近似
，
我们假设通孔短路腔体的总电感可粗略地认为与腔体厚度
h
为线性
关系
：
Lia
=
九
X
L
Len
.
via
（
7-22
）
式中
，
Lwa
是通孔短路腔体的总电感
；
人是腔体厚度
；
LLen
—
ia
是通孔短路腔体的单位长度的
总电感
。
这样
，
我们就得到了需要的电容器数量
，
它们并联后有和通孔直接短路平面相同的
电感
：
和
1
“
caps
^blocking
_
cap
(7-23)
，
，
caps
_
Ljjlocking
cap
L
mount
+
无义
L
[,en-via
Lmount
L
via
h
义
Len-via
h
X
Len-via
(7-24)
+
1
式中
，
Laps
是需要并联的电容器数量
，
为等效地抑制腔体形状
，
它们有与一个短路通孔相
同的回路电感
。
电容器之间的等效间隔反比于每个短路通孔需要的电容器数量的平方根
。
这个结果需
要估算抑制腔体谐振的电容器间隔
，
为
：
沁
=
R
7
+
1
（
7-25
）
°caps
X
注入
乙
Len-via
若使用
1/6
波长通孔的最大间隔
，
则最大大容量电容器的间隔为
：
s
caps
=
_
y
Svias
:
=
x
|
A
（
7-
26
）
/
L
mount
_____
I
]
/
Lmount
+
]
X
L
Len
.
via
7
h
义
L
Len
.
via
这个分析证明
：
使用电容器来抑制腔体谐振需要使间隔更加靠近来得到通孔那样的等
效抑制频率
。
安装电感越大
，
对于相同的频率抑制
，
电容器之间的间隔越小
。
腔体平面间的距离越厚
，
电容器明显地变得越有效
，
接近短路通孔的效果
。
这是因为
较厚的腔体意味着通孔有较大的总电感
。
如果安装电感保持相同
，
那么匹配一个通孔电感
的附加并联电容器就较少
。
电容器永远不可能像短路通孔那样好
，
但是使用较厚的腔体,
电容器的效果接近短路通孔
。
当然
，
由于较厚的腔体意味着阻尼效果的降低
，
腔体中的分
布电感更大
，
所以为达目的
，
设计较厚腔体永远不是好的设计
。
提示正如
PDN
中应用的大多数电容器一样
，
影响抑制腔体谐振效果的最重要因素不
是容量
，
而是它们的安装回路电感
。
你应该做的就是降低大容量电容器的安装
电感
。
用几个例子来说明为了抑制腔体谐振
，
隔直电容器的低安装电感的重要性
。
当电容器
封装为
0402
（
尺寸
1.0111111
）
＜0.5111111
）
或更小时
，
安装电感一般超过电容器的本征电感
。
我