PDN设计之电源完整性 (史密斯).pdf - 第310页
294 PD N 设计 之 电 源完整性 ： 高速 数字 产品 的鲁 棒 和 高 效 设计 多 种的 。 VRM 电 感 = 10nH 、 VRM 电阻 = lm 。 。 大容 量电 容 器 ： 200nF 、 大容 量电 容 器 ESL ： 5nH 、 大容 量电 容 器 ESR ： 5m 。 、 数 量 ： 1 。 估 算 MLCC 电 容 器 数 量的 3 个 条 件 ， 假 设 受 控 ESR 电 容 器 的 ESR 为 1 。…
第
8
章
PDN
生态学
293
8.22
使用受控
ESR
电容器是一种替换的去耦策略
PDN
设计中重要的目标是降低
Bandini
山的峰值阻抗
。
我们看到
：
实现的方法是控制印
制板级的阻抗
，
使其看起来像电阻器
，
并具有约为目标阻抗的平坦阻抗
。
使用
FDTIM,
通过
仔细选择以取得可控制阻抗曲线
。
另外一种实现平坦阻抗的办法是使用受控
ESR
电容器
。
虽然目前这些电容器的使用不如传统的
MLCC
电容器多
，
但它们能提供重大的性能优
势和在系统中简单地执行
。
典型地
，
对于给定体积尺寸
，
最大电容是标准电容的
1/10
。
为
完成
ESR
的可控
，
电感要高一些
。
由于价格
，
仅少数供应商提供它
。
当前可用的电容器容
量为
1/iF
和具有的电阻为
。
.
1
〜
1
。
。
当受控
ESR
电容器加入到
PDN
系统
中
，
正如仅加入
MLCC
电容器类型那样
，
它们的阻抗是由较高的
ESR
占统治地位
。
阻抗曲线显示为宽而平坦的响应
，
中心在
SRF
0
图
8-52
显示了两个受控
ESR
电容
器
(
I
r
F
和
IO
r
F)
的阻抗曲线
，
两个都具有
2nH
的安装电感和
1
。
的
ESR
O
它们的阻抗曲线独立于电容器的容量
，
在重要的频率范围内是平坦的
。
最为重要
的是要给出最小的安装电感
，
这样才能在
最高的频率范围内都能提供平坦阻抗
。
除了前面的两个条件
，
为估算
MLCC
电容器数量引入第三个条件
，
与之有关
的为
：
图
8-52
两个受控
ESR
电容器的阻抗曲线
，
两个电
容器都具有
1
。
的
ESR,
2nH
的安装电感,
容量为
1RF
和
IO
r
F
。
注意
：
阻抗曲线是平
坦的
，
在典型的
Bandini
山频率范围内
，
它与电容无关
1
.
由于在较高的频率上
，
需要有足够的电容器
，
所以它们的感性阻抗低于目标阻抗
。
2
.
安装在印制板上的电容器的并联组合电感应该小于封装引线电感
，
可是
，
当印制板
电感比封装引线电感小很多时
，
我们达到回报递减点
。
3
.
由于在中频区域
，
需要足够的电容器
，
所以它们的并联电阻接近且低于目标阻抗
。
这些条件是
：
加
＞
27tfmax_lim
X
y
ESL
ca
p
(8~
102)
△
target
九
2＞
簪迪
(8-103)
乙
package
九
3＞
弊吆
(8-104)
△
target
我们考虑
8.15
节介绍的两种情况
。
第一种情况使用下列参数
。
目标阻抗
=0
・
1
。
、
高达
0.2GHz
。
片上电容
：
50nF
、
封装引线电感
：
250pH
、
腔体
：
2.
4nF
o
有多种的
MLCC
电容器
、
MLCC
的
ESR
依赖于电容
、
MLCC
的
ESL
为
InH
。
数量:
294
PDN
设计之电源完整性
：
高速数字产品的鲁棒和高效设计
多种的
。
VRM
电感
=
10nH
、
VRM
电阻
=
lm
。
。
大容量电容器
：
200nF
、
大容量电容器
ESL
：
5nH
、
大容量电容器
ESR
：
5m
。
、
数
量
：
1
。
估算
MLCC
电容器数量的
3
个条件
，
假设受控
ESR
电容器的
ESR
为
1
。
，
m
>
27r/max
lim
X
ESL
cap
=
2
兀
X
0.
2
X
工
1
=
13
（
8-105
）
■
/target
0.
1
722
>
詈%
=
』
=
4
（
8-106
）
L
package
U
・
乙
3
心
>
劈四
=
2
=1
。
（
8-107
）
/target
1
在这个例子中
，
不必知道任何有关
Bandini
山的特性
，
使用
13
个传统的电容器会使峰
值非常靠近
Bandini
山
，
这显示在图
8-53
中
。
在这种情况下
，
Bandini
山的
q
因子是高的,
如果印制板级不提供额外的阻尼
，
则阻抗曲线类似于固有的
Bandini
山
。
图
8-53
13
个电容器附加在印制板级
PDN
系统中的阻抗曲线
，
所有都是
IO
r
F
的传统
MLCC
电容器和
13
个受控
ESR
电容器
，
它们每个为
10*F,
ESR=1
。
使用受控
ESR
电容器
，
印制板上附加阻尼
，
峰值阻抗下降到大约
130
m
。
，
这两倍于
Bandini
山特性阻抗
，
接近能够得到的实际峰值阻抗的最好数值
。
提示
此示例阐述了使用受控
ESR
电容器的强大功能
。
如果不知道
Bandini
山的详细
信息
，
那么它们是实现最低实际阻抗的有效方法
，
如果这个
Bandini
山的特性阻
抗不低于目标阻抗
，
那么仍旧不能保证它满足目标阻抗
。
第二个例子有下述条件
。
目标阻抗
=
0.0050
、
最大频率为
0.
2GHz
。
片上电容
：
400nF
、
封装引线电感
：
2.5pH
、
腔体
：
2.
4nF
o
MLCC
电容器
：
多种的
、MLCC
W
ESR
：
依赖于电容
、
MLCC
W
ESL
：
InH,
数量:
多种的
。
第
8
章
PDN
生态学
295
VRM
电感
=
3nH
、
VRM
电阻
=
lmC
。
大容量电容器
：
200nF
、
大容量电容器
ESL
：
5nH
、
大容量电容器
ESR
：
5m
。
、
数量
：
l
o
高达
0.
2GHz
。
估算电容器数量需要使用前面的
3
个条件
：
W1
>
2
汽
fmax
lim
义
二一
ESL
cap
=
2
冗义
0.
2
X
5
=
125
■
Ztarget
0.
005
、
ESRcap
_
0.
5
_
小
>
=
0025
=
200
(8-108)
(8-109)
%
＞舞=崎
=
1
。
。
⑻
110)
这里指出
：
使用
100
个每个为
0
・
5
。
的受控
ESR
电容器
，
我们能得到可接受的低阻抗
曲线
。
图
8-54
所示为两种情况的阻抗曲线
，
一种是传统的
lOOXIOpiF
个电容器
，
另一
种是
100
X
10
m
F,
每个为
0
・
5
。
的受控
ESR
电容器
。
虽然使用受控
ESR
电容器设计
PDN
会比传统的使用
FDTIM
选择的
ESR
电容
器更为简单
，
但它的价格更高
，当前的受
控
ESR
电容器的价格是传统电容器价格的
5
倍
。
物主的集成总价格
(
TCOO)
是低于
额外费用的
，
因为有时装配价格支配电容
器价格
，
装配价格是相同的
。
频率
(Hz)
图
8-54
传统和受控
ESR
电容器的阻抗曲线
提示
选择受控
ESR
电容器有更简单的过程
，
可考虑将它们作为设计
PDN
的一种选
择
。
它们使设计混乱的机会要少一些
。
如果它们的
TCOO
能减小到可接受的水
平
，
则它们能成为鲁棒性设计中切实可行的选择
。
8.
23
封装上的去耦电容器
鲁棒性和性价比
PDN
的另外一种技术(特别对低目标阻抗)
，
是附加封装上去耦
(OPD)
电容器
。
对于实现最低目标阻抗的器件和高端芯片
，
这种技术是典型的
。
图
8
-
55
所
示为具有
OPD
电容器封装的几个例子
。
OPD
电容具有多层封装
。
因为在真正的封装上
，
这种做法是比具有较好特性在印制板
上和封装底层制作更加昂贵
。
OPD
电容器典型结构是交叉指结构
，
具有较低的安装电感
。
当然这个结构仅是半导体供应商可用
。
作为半导体供应商的消费者
，
我们应该常要求使用
OPD
电容器
。
它们会降低对印制板
设计的要求
，
并且能在更低的目标阻抗下进行设计
。
可是
，
遇到的问题是昂贵的半导体器
件价格
。