【導(dǎo)讀】前面小編介紹了電容的參數(shù)ESR和ESL，以及電容并聯(lián)與串聯(lián)，本節(jié)將面對PDN目標(biāo)阻抗的設(shè)計(jì)要求，我們?nèi)绾芜x擇電容？其實(shí)目標(biāo)阻抗計(jì)算也是有很多爭議性問題的，比如轉(zhuǎn)折頻率如何確定，電流隨頻率的變化如何界定與評估。
上一篇文章提出的問題是：2.5V電源，最大工作電流為5安培，手冊上要求設(shè)計(jì)電源噪聲小于5%，那么我們設(shè)計(jì)的目標(biāo)阻抗是多大？很多朋友都回答正確，答案是50毫歐，大家一起加3分。其實(shí)目標(biāo)阻抗計(jì)算也是有很多爭議性問題的，比如轉(zhuǎn)折頻率如何確定，電流隨頻率的變化如何界定與評估。這些問題討論起來篇幅很長，也歡迎大家移步到PCBTime的相關(guān)帖子進(jìn)行交流。
圖1是采用100uf，10uf和0.1uf電容組成的阻抗曲線。黑色曲線沒有考慮安裝電感，紫色曲線簡單評估了一下安裝電感。這是我們大部分項(xiàng)目采用的電容組合，能看到基本可以滿足100M以內(nèi)50毫歐的目標(biāo)阻抗設(shè)計(jì)要求。這也驗(yàn)證了我們現(xiàn)在使用這樣的電容組合是符合電源設(shè)計(jì)要求的。唯一的缺點(diǎn)就是在部分頻段，電容的數(shù)量有點(diǎn)過設(shè)計(jì)。
圖1
但是隨著電壓降低，電流增大，最直接的后果就是目標(biāo)阻抗減小。部分的低壓Core電源，設(shè)計(jì)目標(biāo)阻抗在10毫歐以下，甚至只有幾毫歐。這時(shí)候可以有兩種方法達(dá)到這個(gè)目標(biāo)。
1、繼續(xù)增加各頻段電容的數(shù)量，通過電容并聯(lián)的效果，拉低諧振頻率點(diǎn)的PDN阻抗，從而拉動(dòng)整個(gè)阻抗曲線降低。這個(gè)做法往往事倍功半，大量的同種類電容（如0.1uf電容）起的效果并不好，對反諧振的抑制作用很小。
2、增加電容種類，可以用最合適的電容組合來實(shí)現(xiàn)PDN的設(shè)計(jì)要求。如圖2所示，沒有增加電容的總數(shù)量，只是優(yōu)化了電容容值選擇，就基本實(shí)現(xiàn)了50M以內(nèi)8毫歐的阻抗設(shè)計(jì)，100M以內(nèi)的阻抗設(shè)計(jì)也比圖1要小很多。
圖2
（注：圖1和圖2采用了Hspice仿真，模擬多種電容并聯(lián)的效果，由于等效電路網(wǎng)表的寫法，縱坐標(biāo)單位顯示是電壓V，但是取值等效于阻抗。大家如果對這個(gè)Hspice網(wǎng)表有興趣，可以在PCBtime論壇上進(jìn)行討論交流）
（注：其他軟件，如Designer和ADS也可以實(shí)現(xiàn)多種電容并聯(lián)效果的仿真，電路的處理會(huì)有不同的技巧，也可以在PCBtime論壇上進(jìn)行討論交流）
從以上的討論可以看出，電容取值的技巧，可以很大程度上改變PDN的阻抗曲線，從而影響到電源噪聲。如何進(jìn)行電容取值，會(huì)有很多的經(jīng)驗(yàn)與技巧，需要在實(shí)踐中進(jìn)行摸索。當(dāng)然，現(xiàn)在也有很有很多智能式的軟件可以幫助我們進(jìn)行評估，如Sigrity的Optimize PI工具，功能就非常強(qiáng)大。
當(dāng)然，電容取值是不是滿足自阻抗的Target要求就夠了，還是需要考慮更復(fù)雜的如EMC設(shè)計(jì)需求，業(yè)內(nèi)也還有一些不同的看法。
不管是同事，還是自媒體網(wǎng)友，大家都希望高速先生給出一些簡單實(shí)用的設(shè)計(jì)規(guī)則。在現(xiàn)實(shí)的世界里，設(shè)計(jì)的復(fù)雜性越來越高，簡單的規(guī)則很難保證準(zhǔn)確性。很可能我們的文章在介紹誤區(qū)，然后我們又繼續(xù)給出一些還是“誤區(qū)”的規(guī)則。
電容選擇總結(jié)，先做一些限定，方便后面描述：
Ø 常規(guī)電源設(shè)計(jì)：在本文定義為目標(biāo)阻抗要求在20毫歐以上的電源設(shè)計(jì)，普遍來說，要么就是電壓不是很低，或者電流不是非常大。
Ø 低電壓大電流的設(shè)計(jì)：在本文定義為目標(biāo)阻抗要求在10毫歐以下的電源設(shè)計(jì)。
1、常規(guī)的電源設(shè)計(jì)，現(xiàn)在普遍采用的電容選擇方案是可行的，可以滿足電源的噪聲需求。但是電容數(shù)量過多，導(dǎo)致浪費(fèi)，同時(shí)浪費(fèi)了板上的有效布局布線空間。
2、常規(guī)的電源設(shè)計(jì)，可以通過PDN的仿真評估，或者一些芯片公司提供的電容設(shè)計(jì)Excel表格工具來進(jìn)行評估，大幅減少電容的使用。
3、低電壓大電流的設(shè)計(jì)，推薦進(jìn)行直流電壓跌落仿真和PDN仿真，可以有效改善電源設(shè)計(jì)質(zhì)量。
4、低電壓大電流的設(shè)計(jì)，如果不做仿真，電容取值可以遵循10倍容量范圍選擇三種電容的方案，增多電容的種類，降低反諧振。
