PDN设计之电源完整性 (史密斯).pdf - 第307页

第 8 章 PDN 生 态学 291 线 是 相 同 的 ， 可以 很好地接 近短路 Bandini 山 的阻 抗 。 使 用 没有 被 优化 的电 容 器 容 量 ， 但 是 加入 的 数 量足 够 ， 使其与 封 装 引 线电 感 相 比有 低 的等 效 串 联电 感 ， 峰 值 高 度 从 3 。 减 小 到 0.02 。 ， 峰 值 阻 抗 下 降 因子 为 100, 这 是巨大 的 改 善 。 由 于 这 些 电 容 器 没有…

100%1 / 453
290
PDN
设计之电源完整性
：
高速数字产品的鲁棒和高效设计
/Bandini
[
MHz]
=
=
•
…
二
/CoDc[nF]
X
—
package[nH]
，
400nF
X
O.
OO25nH
=
160MHz
(8-95)
q
因子
=
X
yCoDcEnF]
X
L
pac
ka
g
e[nH]
=
X
，
400
X
0.
0025
=
4
(8-96)
0.
Z5
Zpeak
=
q
因子
X
Z
。
=
Lpac
河严
=
喏答
=
lOmH
(8
-
97)
u
•乙
。
u
•乙
。
如果这个器件被安装在印制板上
，
这个电路板有很多电容器用于理想短路
，
Bandini
山
的峰值阻抗为
10m
。
，
特性阻抗为
2.
5m
。
。
峰值阻抗降低要低于
5m
。
是困难的
，
因为这需
要
q
因子小于
2
。
如果目标阻抗是
5mO,
则
VRM
的输出阻抗需要不大于
1
m
。
。
我们假设反馈环路的
有效输出电感为
3nH,
这需要隔直去耦电容器至少为
：
Cbulk
〉
■
2
tt
L
vrm
VRM-max
X
Zta
rget
2
冗
Zt
arget
义
Ztarget
L
vrm
^target
3nH
0.
005
2
=
120
m
F
(8-98)
1
对于
VRM,
我们加入具有下述特性的大容量电容器
。
每个大容量去耦电容器
：
200
m
F
大容量去耦电容器
ESR
：
5
m
。
去耦电容器的安装电感
：
5nH
VRM
电感
：
3nH
VRM
电阻
：
Im
。
图
8-47
所示为短路
Bandini
山和印制
板级
PDN
系统的阻抗曲线
。
Bandini
山的
估算峰值阻抗为
10
m
。
，
这与仿真数值非
常匹配
，
估算的
160MHz
也是如此
。
印制板级的
MLCC
电容器要使
30
的
仿真阻抗尽可能地靠近最终的实际限制
5
m
。
，
或者是可接受的低阻抗值
。
我们可根据前面引入的两个条件来估
算需要的电容器数量
：
图
8-47
印制板级
PDN
系统和短路
Bandini
山的阻
抗曲线
〉
21t/max
lim
X
另
—
ESLcap
△
target
=
2
k
X
0.
2GHz
X
5
=
125
(8-
99)
0.
005
九
2
>
ESRcap
Lpackage
0.
5
0.
0025
=200
(8-100)
哪一个条件都需要许多电容器
。
即使可满足所需的数量
，
但是要费力地处理
0.5nH
的
安装电感
。
图
8-48
所示为选择
200
个相同的电容器
，
每个为
I
r
F
或
IO
r
F
。
它们的阻抗曲
第
8
章
PDN
生态学
291
线是相同的
，
可以很好地接近短路
Bandini
山的阻抗
。
使用没有被优化的电容器容量
，
但是加入的数量足够
，
使其与封装引线电感相比有低
的等效串联电感
，
峰值高度从
3
。
减小到
0.02
。
，
峰值阻抗下降因子为
100,
这是巨大的
改善
。
由于这些电容器没有提供真实的阻
cc
申容
1
./LilVlJL
..
J
L1-X1
.
7
":
'
■■■'
■■
,
n
--
：
...........
A
P
F
忖
1
---
''
,
■
、
…
... ---
-丁二
--
4
..
!
/
「
\葭
：
''
：
.3k
,
「
...
-
.. ...
二二
4
一科
/
\
理路板
—
—
—
/
----------------------- --------------------------
\
200
乂
1
uF
/,八
7
、
—
\
//
hN
”
Ht
’
1
丁书用
Ztjux
J
U
llr
、
\
\/
k
292
PDN
设计之电源完整性
：
高速数字产品的鲁棒和高效设计
图
8-49
基于最小阻抗低于目标阻抗
0.005
。
，
具
有从
22*F
〜
InF
每
10
年
3
个数值的
135
个电容器的阻抗曲线
，
以水平点线表示
图
8-50
具有
135
个优化电容器容量的印制板
PDN
生态的阻抗曲线
，
其显示的阻抗
曲线满足
5m
。
的目标阻抗
当没有任何
MLCC
电容器时
，
峰值阻抗是
3
。
。
印制板加入
200
个电容器
，
峰值阻抗
下降到了
20m
。
，
连接短路印制板的
Bandini
山的阻抗是
20
m
。
。
这稍微高于印制板加入相
同容量的
MLCC
电容器后的峰值阻抗
，
这是因为它们的并联电感仅与封装引线电感相当,
所以是
Bandini
山电感的二倍
。
当加入
135
个优化分布的电容器于印制板上
，
而且具有平坦的阻抗曲线
，
则在除了低
频的整个频率范围内
，
峰值阻抗的下降低于
5
m
。
。
虽然在印制板上加入许多大容量电容器能快速和戏剧性地减小峰值阻抗值
，
但使用
FDTIM
时若不知道
Bandini
山的详细信息
，
则会使电容器的数量减小而且有更低的峰值阻
抗
。
这种设计更具有鲁棒性
，
价格更低
。
提示
应用
FDTIM
来选择优化的电容器容量
，
会得到比在印制板上加入很多大容量电
容器的价格更低
，
更具鲁棒性的
PDN
。
在
1MHz
的频率范围
，
由
于较低的目标阻抗和仅使用一
个大容量电容器
，
所以阻抗稍
微有点高
。
较大的并联谐振存
在于
VRM
和大容量电容器之
间
。
降低大容量电容器的安装
电感和加入更多的大容量电容
器
，
这种谐振会容易控制
。
图
8-51
所示为大容量电容器的
安装电感从
5nH
减小到
4nH
和
200uF
的电容器从
1
个增加
到
6
个后最终的阻抗曲线
。
图
8-51
使用优化的大容量电容器和
MLCC
电容器的最终
PDN
系
统的阻抗曲线
，
整个频域内的阻抗曲线低于目标阻抗值