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PCB设计误区3-电源是不是必须从滤波电容进入芯片管脚_电容_谐振

南宫静远 2025-01-20 22:25:23 0

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本节:从PDN的角度,看看滤波电容在电源噪声滤除时起到什么浸染,同时谈论下电容的特性,谐振频率,安装电感等。

这一篇是“电源是不是必须从滤波电容进入芯片管脚”的末了一篇,换个办法,先来开门见山,亮出不雅观点和结论,再逐一阐明:

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1. 随着系统事情频率的提升,PDN噪声对应的频段也在提高

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(图片来自网络侵删)

2. 滤波电容的谐振频率点变革不大,比如说,常见的0.1uf的电容,考虑了安装电感之后,谐振频率点基本都在10~15M之间,滤除噪声的浸染范围有限

3. 随着多层板的遍及,平板电容在板级扮演着高频电容的角色

4. 封装内电容和Die电容,对高频噪声起决定浸染

第一条不须要阐明,我们从频域来考虑PDN问题的时候,噪声的频谱分布范围最好能覆盖到旗子暗记的截止频率。

第二条,我们来看看常见电容的谐振频率点以及安装电感的评估。

图1是一个Murata 0402封装,0.1uf电容的参数,谐振频率25M旁边

图1

图2是把电容安装到一个6层板上面,层叠如左图所示,4、5层是电源地平面对,右图是安装之后仿真的谐振频率,大约是10M旁边

图2

通过大略的打算,我们就可以评估出电容的安装电感。

电容谐振频率的打算公式:

原始电容的谐振频率为:

安装之后的谐振频率为10.1427 MHZ,假定电容值不变,这样反推出来电感为2.4597 nH,本例中安装电感大小约为2.07nH。

从图3可以看出,电容在谐振频率点之后呈现感性,电容起浸染的频率范围不会超过谐振频率点的2~3倍。

图3

第三条,板级更高频率的噪声怎么办?多层板设计时把稳电源地之间紧耦合,可以成为更加高频的平板间电容。

图4是2013年高速师长西席团队在研究埋容设计的案例,给出了几种不同电源地间距的平板阻抗曲线:

电源地间距28.31mil,电源地耦合较差,波形为赤色

电源地间距4.2mil,增加电源地耦合,波形为绿色

利用埋容材料3M_C Ply,间距0.56mil,波形为蓝色

能看到平板电容谐振频率点较高,一样平常在200M以上,能有效应对几百兆的高频电源噪声。

图4

第四条,封装电容和Die电容这里不做太多描述,只给出一个实际案例,图5是某芯片,Die电容大小为2071NF。
能看到Die电容起浸染之后,30M以上的PDN阻抗基本完备被压下来了。
也便是说,30M以上的电源噪声,进入芯片之后被Die电容滤除。
系统设计时不须要考虑这个频段以上的滤波。

图5

“铁路工人,各管一段”,滤波电容作为PDN的一个组成部分,只涵盖了部分频段的滤波效果。
设计的时候,不须要特殊指定电源必须从滤波电容进入芯片管脚。
由于这样设计每每会增加整体的安装电感,反而影响滤波效果。

关于滤波电容精确的Fan out办法,会在高速师长西席其他系列的文章里面进行谈论,敬请期待。

问题来了!

关于电源设计时,是不是必须从滤波电容进入芯片管脚这个问题?

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