看看電源完整性分析中去耦電容的使用

今天我們來看看電源完整性分析中重要的一環(huán)，去耦電容的使用。

電容實際“長什么樣”

首先我們要了解一個電容的實際特性，一個真實電容可以看成下圖所示的簡化模型：

電容的簡化模型

ESL為串聯(lián)電感、ESR為串聯(lián)電阻，C為理想電容。根據(jù)計算當(dāng)信號頻率為電容諧振頻率即：

此時容抗和感抗相互抵消，電容的阻抗值最低。如下圖所示：

電容的阻抗特性

圖中阻抗最低點對應(yīng)的頻率就是電容的諧振頻率22.508MHz。隨著頻率升高，ESR先逐漸降低，再緩慢上升。

可以說從起始頻率到諧振頻點之前，電容的阻抗特性以容抗為主，當(dāng)頻率點過諧振頻點后，總的阻抗值會隨頻率升高而升高，電容的阻抗以感抗為主。

因此，在電容去耦設(shè)計中，當(dāng)噪聲頻點在諧振點附近時，濾波效果最好，可以為噪聲提供一條低阻抗的回路。

利用去耦電容處理電源噪聲

1.相同容值相同封裝的電容組合：下圖舉例說明了其頻率阻抗特性曲線，可以看到并未展寬低阻抗的頻帶，但是減小了諧振頻點的特性阻抗。

相同容值相同封裝的電容并聯(lián)頻率阻抗特性

2.相同容值不同封裝的電容組合：下圖舉例說明了其頻率阻抗特性曲線，該方式會展寬低阻抗頻帶。

相同容值不同封裝的電容并聯(lián)頻率阻抗特性

3.不同容值不同封裝的電容組合：下圖舉例說明了其頻率阻抗特性曲線，該方式可以有效地展寬低阻抗頻帶。

不同容值不同封裝的電容并聯(lián)頻率阻抗特性

4.相同封裝不同容值的電容組合：下圖舉例說明了其頻率阻抗特性曲線，該方式可以有效地展寬低阻抗頻帶。

相同封裝不同容值的電容并聯(lián)頻率阻抗特性

電容并聯(lián)作為去耦電容時，需要抑制并聯(lián)諧振峰的問題，如下圖舉例所示：

三個電容并聯(lián)的頻率阻抗特性曲線

3個不同的電容并聯(lián)時，因電容寄生電感的影響，在某個頻點處會發(fā)生并聯(lián)諧振。如圖中的箭頭所示，3個電容的自諧振點彼此間出現(xiàn)2個阻抗非常高的點叫做并聯(lián)諧振峰。因此，為了將電源的目標(biāo)阻抗控制在一定的范圍內(nèi)，必須有效地抑制并聯(lián)諧振峰。

作者給出了對于不同頻率去耦的大概經(jīng)驗范圍：

1.10kHz以下用VRM電源轉(zhuǎn)換即可完成負(fù)載電流的實時響應(yīng)；

2.10kHz~幾百kHz需要用到BUCK電容（電解電容、鉭電容）；

3.幾百kHz~100MHz，需要用小封裝的小電容值的電容（如陶瓷電容）；

4.大于100MHz就要靠IC的封裝電容了。

審核編輯：劉清