PDN设计之电源完整性 (史密斯).pdf - 第39页
第 2 章 PDN 阻 抗 设计 基本 原 理 23 子 ； Zmm 是 串 联 RLC 电路的 最 低 阻 抗 ； Zmax 是并 联 RLC 电路的 最大 阻 抗 ； R series 是 串 联电 阻 器 的电阻 值 (0); C 是 电 容 器 的电 容 值 (nF) ； L 是 电 感 器 的电 感 值 ( nH) 。 提 示 每 一个 RLC 电路都 有描 述 其 特 性 和 性 质的 四 个 指标 。 分 析 任何 RLC…
22
PDN
设计之电源完整性
：
高速数字产品的鲁棒和高效设计
频率
（
Hz
）
频率
（
Hz
）
2-11
并联
RLC
电路的阻抗曲线
，
其中
L
=
10nH
、
C=10nF
和
3
个不同的
q
因子
图
提示
降低并联
RLC
电路峰值阻抗的一个重要方法是增加阻尼
，
即降低电路的
q
因子
。
实现的方法是增加串联电阻值或降低并联电阻值
。
为了减小谐振频率时
PDN
阻抗峰值高度
，
我们可使
q
因子接近
1
。
即让
R
靠近
RLC
电路的特性阻抗
，
其方法是较高的
R
、
较低的
L
或较大的
C
。
在本章和后面的章节中
，
我
们将指出
，
这些值是如何成为重要的设计目标的
。
提示
串联或并联
RLC
电路中两个重要的指标是特性阻抗和
q
因子。
并联电路的峰值
阻抗与
Z
0
Xq
因子有关
，
串联电路的最小阻抗与
Zo/q
因子有关
。
2.8
RLC
电路和真实电容器的例子
在任何并联或串联
RLC
电路中
，
有
4
个重要的指标
，
它们分别是谐振频率
、
特性阻
抗
、
q
因子和分别对应并联或串联电路的最大或最小阻抗
。
它们描述了这些电路的特性,
值得牢记
。
式中
，
SRF
是串联谐振频率
（
MHz
）
；
Zo
是电路的特性阻抗
（
O
）
；
g
因子是电路的品质因
SRF
=
PRF
=
上
N
兀
1
=
vTc
159MHz
VTC
(2-29)
Z
。
=
(2-30)
g
因子
=
p
—
—
N
series
z
。
R
.
senes
(2-31)
Zmin
R
series
—
i
■
q
因子
X
Zo
(2-32)
或者
Zmax
〜
q
因子
X
Z
q
=
—
i\
—
xz
0
^
series
-^series
x
L
x
c
(2-33)
第
2
章
PDN
阻抗设计基本原理
23
子
；
Zmm
是串联
RLC
电路的最低阻抗
；
Zmax
是并联
RLC
电路的最大阻抗
；
R
series
是串联电
阻器的电阻值
(0);
C
是电容器的电容值
(nF)
；
L
是电感器的电感值
(
nH)
。
提示
每一个
RLC
电路都有描述其特性和性质的四个指标
。
分析任何
RLC
电路的第
一步就是计算这
4
个指标
。
例
1
有一个大的锂电容
，
它的模型是串联
RLC
电路
，
具有的典型值为:
C=
1000
10
6
nF
x
L
=
8nH
、
R
=
0.
05Q
：
SRF
=
159MHz
159MHz
vTc
，
8
X
1
。
6
=
56kHz
(2-34)
Z
。
需
=
0.
0030
(2-35)
L
C
rci
JZ.
Zo
0.
003
n
/
q
因子=页=不
N=6°6
Zmin
=
-Rseries
=
0.
05
。
(2-36)
(2-37)
在这个例子中
，
我们看到非常大的锂电容有低的
q
因子
，
可预期其有平坦的阻抗曲线
。
由
AVX
提供了类似的电容器
，
但其具有较低的
L
和较高的
SRF,
它的阻抗曲线显示在
图
2-12
中
，
可见它有非常宽和平坦的曲线
。
<
仅限典型值
图
2-12
在示例中建议的锂电容阻抗曲线
，
由
AVX
公司提供
例
2
一个典型的大
MLCC
(多层陶瓷芯片)电容器的尺寸为
1206,
使用
X5R
介质材
料
，
其参数为
C=10
r
F=10
OOOnF
、
L
=
3nH
、
R
seTies
=
0.
003n
o
SRF
=
152M
l
=
1
59MHz
=
9MHz
7EC
a
/3
X
10
4
(2-38)
Zo
=
京
=
(2-39)
nr|
2Z_
_
Zo
_
0.
017
_
:
7
9
因子=用工=丽通=
5.7
(2-40)
24
PDN
设计之电源完整性
：
高速数字产品的鲁棒和高效设计
Zmin
=
Rseries
=
0.
003
。
（
2-41
）
对这种取值大的
MLCC
电容器来说
，
由于
q
因子相对要大些
，
所以可预期有尖锐的谐
振曲线
。
由
AVX
提供的阻抗曲线显示在图
2-13
之中
。
它被安装在印制板上并使用通孔吸
附
，
L
的值是
InH,
这比这种尺寸的电容器可实现的典型值更加具有侵略性
。
与我们早先
估计的值比较
，
AVX
计算的
SRF
稍微高一些
。
<
图
2-13
1206
10*F
MLCC
电容器的阻抗曲线
，
由
AVX
提供
，
其中
L
=
lnH
例
3
一个小值的
MLCC
电容器的尺寸为
0402,
为
X7R
介质类型
，
其参数为
。
=
InF
、
L=lnH
、
Rseries
=
0
。
160
。
SRF
=
159MHz
=
15
9MHm
=
159MHz
/LC
(2-42)
71
x
1
L
y
=
in
Z
（
）
=
(2-43)
9
因子=念=±
=
6
(2-44)
Rseries
=
0.
16C
(2-45)
对于取值小的电容器来说
，
电阻值大约是大电容器的
50
倍
，
这主要是由于有很少的并
行导体板
。
可是
，
由于有较高的特性阻抗
，
所以
q
因子的值仍旧差不多
。
<
2.9
从芯片或电路板的角度观察
PDN
术语并联或串联是指
L
和
。
元件的电路拓扑
。
它们连接的拓扑决定了谐振时阻抗是最
小还是最大
。
并联电路具有的阻抗是从并联的电感器和电容器测量得到的
，
损耗元件
（
电
阻器
）
可与并联谐振电路串联或者并联
。
当电感器和电容器是并联时
，
它常表示为
ESR
（
等
效串联电阻
）
。
串联电路具有的阻抗是测量串联的电感器和电容器的阻抗
。
提示
当
L
和
C
是并联时
，
阻抗最大
；
当
L
和
。
是串联时
，
阻抗最小
。