PDN设计之电源完整性 (史密斯).pdf - 第304页
288 PD N 设计 之 电 源完整性 ： 高速 数字 产品 的鲁 棒 和 高 效 设计 电 容 器 的 ESR 和 那 个值 的电 容 器 数 量 有 关 。 我 们利 用 式 （ 8-93 ） 估 算电 容 器 的 最小 阻 抗 低于 目 标 阻 抗时 的电 容 器 数 量 ： Ztar get = 空用组 或 者 H cap = 第 四 （ 8 - 93 ） "cap 乙 targe t 这 是对每 个 容 量选 择数…
第
8
章
PDN
生态学
287
我们再次看到较低安装电感的重要性
。
较低的杂电感
，
需要较少的电容器和较低的
价格
。
提示
安装电感的每一
pH
意味着需要更多的电容器
，
这即是钱
。
如果不受限制
，你应
该努力在电容器安装设计中减小它们的电感
。
8.
20
使用
FDTIM
选择电容器的值
MLCC
电容器的容量范围是不连续的
。
在大多数电容器供应商目录中
，
对于电容器容
量每十年一个体积尺寸
，
分配
1
、
22
和
47
三个容量
。
小尺寸
MLCC
电容器的最大容量,
典型是
22
M
F
O
若想粗略地估算最小值电容器
，
根据是电容器的自谐振频率应该高于
Bandini
山的最
高频率
。
电容器的自谐振频率为
：
,
159MHz
/
SRF
z=
--------------------------------------------------------------------
7ESL[nH]
X
C[nF]
(8-90)
为了高于
Bandini
山频率
，
需要:
/Bandini
<
/SRF
=
159MHz
^ESLQnH]
X
C[nF]
(8-91)
根据最小电容器计算得到的
SRF
要高于
Bandini
山频率
。
当峰值频率为
200MHz
和
ESL
为
InH
时
，
最小电容器的容量应该小于
：
rV
口
1
/
/
159MHz
\
2
1
C[nF]
V
(
/Bandini
)
义
ESL[nH]
/
159MHz\
2
1
八公
口
1
v
/
q
-
onn
-
X
十
=
0.
6nF
〜
InF
(8-
92)
\
乙
UU
/
1
在移动计算空间
，
安装电容器可能低到
0.3nH,
最小的电容器容量为
2nF
。
从
22
匹
〜
InF,
每
10
年取
3
个不同的值
，
有
14
种不同容量的电容器
，
但是可选择的
容量仍是可怜的
。
如果对于
PDN
系统信息没有可利用的
，
则电容器选择的目标是在宽的频带范围内
，
使用几个不同容量的电容器和一些实际上可做到的总数量不多的电容器来得到平坦的阻抗
曲线
。
提示
选择电容器容量和数量的目标是
：
使用尽可能少的电容器
，
实现低于目标阻抗
的平坦阻抗曲线
。
这是
FDTIM
的目的
。
在自动选取每个容量时
，
最为简单的方法是让它们的最小阻抗等于目标阻抗
。
当目标
阻抗非常小
（
m
。
量级
）
的时候
，
每个规格需要很多电容器
。
使用每
10
年
3
个容量的分布,
阻抗的最小数值接近阻抗的最大数值
。
最小阻抗低于目标阻抗的选择就是给出了阻抗分布
的峰离目标阻抗不远
。
根据每个电容器的
ESR,
很容易估算这个条件
。
在
SRF
时每个电容器的最小阻抗是与
288
PDN
设计之电源完整性
：
高速数字产品的鲁棒和高效设计
电容器的
ESR
和那个值的电容器数量有关
。
我们利用式
（
8-93
）
估算电容器的最小阻抗低于
目标阻抗时的电容器数量
：
Ztarget
=
空用组或者
H
cap
=
第四
（
8
-
93
）
"cap
乙
target
这是对每个容量选择数量的好的近似起始点
。
在低目标阻抗时
，
它工作得很好
，
但是
对较高目标阻抗就不那么有效了
。
提示
基于最小阻抗低于目标阻抗的自动选取电容器数量是很容易的
，
结果是阻抗曲
线稍微高于目标阻抗
。
若选择目标阻抗稍微低于要求的阻抗
，
则会得到有鲁棒
性的阻抗曲线
。
例如
，
如果每个电容器的
ESL
是
InH,
最大频率是
200MHz,
目标阻抗是
0.
1
。
，
我
们估算电容器的总数量为
13
。
当目标阻抗很高
，
或总的电容器数量是
13
这个量级
，
从
22ptF
〜
InF,
对于每一个容量
的电容器都是没有可利用的
。
较大容量的电容器
，
对高
q
因子的
Bandini
山不贡献阻尼,
只能选择每
10
年一个容量值
。
使用简单的
SPICE
电路
，
仿真很多电容器并联的阻抗曲线
。
我们优化数量和容量
，
在
1
〜
200MHz
的附近
，
给出了低于
0
・
1
。
的平坦阻抗
。
低于
1MHz
时
，
大容量电容器使
PDN
阻抗降低
。
高于
200MHz
时
，
片上电容器使阻抗曲线下降
。
我们使用下列电容器的容
量和数量
：
22
好
0
10
m
F
0
4.
7
pF
0
2.
2
m
F
0
1
m
F
1
470nF
0
220nF
0
lOOnF
1
47nF
1
22nF
1
lOnF
2
4.
7
nF
2
2.
2
nF
3
InF
5
总数
16
这个数接近估计的电容器数量
13
。
图
8-44
所示为这些电容器的阻抗曲线
，
它们的等
效串联电感和电阻
。
注意
：
它们稍微低于目标阻抗由于电容器的离散性
，
所以靠减
第
8
章
PDN
生态学
289
小电容器的数量来增加它们的峰值阻抗
，
使它们靠近目标值是不可能的
。
当我们把这
16
个电容器加入到完全的
PDN
系统中
，
它们的平坦阻抗阻尼了高
q
因子
的
Bandini
山
，
使峰值阻抗降低
。
图
8
-
45
显示了这样的阻抗曲线
。
在这个例子中
，
我们增
加了隔直去耦电容器
，
提供低频时的低阻抗
。
若没有
MLCC
电容器
，
印制板面的峰值阻抗
是
3
。
。
使用这种电容器容量分布
，
峰值阻抗下降到
0.2
。
，
接近
0.
15
。
的实际极限
。
ADS1E2
(
C
)
坞 段
1E9
1E10
频率
（
Hz
）
图
8-45
由
FDTIM
选择的
16
个电容器占附在
PDN
系统的其余部分上的仿真阻抗曲
线
，
显示峰值阻抗为
0.2
。
图
8-44
16
个不同容量分布的电容器的仿真阻
抗曲线
，
它们在
1
〜
200MHz
范围有
平坦的阻抗曲线
FDTIM
的优势在于不用知道
Bandini
山的详情就可选择电容器容量的分布
。
如
果
16
个电容器的电容值都是
lOptF,
则在
印制板上
，
最好情况是使印制板看起来短
路
，
阻抗曲线就是片上电容和封装引线电
感的
Bandini
山
，
它的峰值高度为
1
。
。
使
用
FDTIM
使峰值下降
。
图
8-46
所示为由
FDTIM
选择的
16
个电容器和
16
个都是
10*F
电容器之间的比较
。
当
Bandini
山的
q
因子很低
，
且峰值
频率接近
200MHz
时
，
电容器选择的影响
较小
，
峰值阻抗对电容器容量不敏感
。
1E4
1E5
1E6
1E7
1E8
1E9
1E10
频率
（
Hz
）
图
8-46
16X10
m
F
电容器和由
FDTIM
选择的
16
个
电容器附加到
PDN
系统后的阻抗曲线
8.21
当片上电容是大的和封装引线电感小的时候
本节我们讨论较高的功率器件
，
它带有很大的片上电容和非常低的封装引线电感
。
这
个条件是
：
片上电容
=
400nF
、
封装引线电感器
=
0.0025nH
、
片上
ESR=0.
25/400=0.
6m
。
。
Bandini
山的固有特性是
：
Z
。
［
。
卜
71^3
=
=
2.
5m,
<8-
94
）