當(dāng)刪則刪，這種電容本不該出現(xiàn)

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作者：姜杰  （一博科技自媒體高速先生團(tuán)隊(duì)成員）

2020年轉(zhuǎn)眼過(guò)半，國(guó)內(nèi)疫云漸消，形勢(shì)向好！高速先生隊(duì)長(zhǎng)領(lǐng)銜的團(tuán)隊(duì)在前方馬不停蹄的奔走于上海慕尼黑電子展和各地研討會(huì)，所到之處，座無(wú)虛席。

后方的研發(fā)團(tuán)隊(duì)也是一刻不松懈，緊張有序的應(yīng)對(duì)國(guó)內(nèi)外客戶的各種技術(shù)需求。高速先生最近遇到的這個(gè)案例恰好可以和之前一期短視頻《百兆赫茲的電源去耦如何hold住Gbps的高速信號(hào)》形成呼應(yīng)，順便也對(duì)視頻最后的問(wèn)題做個(gè)答復(fù)。

簡(jiǎn)單介紹哈案例的背景：客戶提供了電源信息及板級(jí)電容配置，需要我們做電源的PDN阻抗仿真。圍繞PDN阻抗仿真報(bào)告，我們展開(kāi)了三個(gè)回合的較量友好交流。


客戶疑問(wèn)：目前所顯示的去耦頻段只到100MHz，不足以展示平面等效電容的作用，希望拓寬頻段至GHz。


關(guān)于平面等效電容的去耦作用，其實(shí)高速先生之前也有做過(guò)研究，為了避免不同容值電容去耦頻段差異帶來(lái)的干擾，測(cè)試板采用了容值、封裝等參數(shù)一致的電容配置，最后得到去耦系統(tǒng)在板級(jí)不同頻段的作用圖示如下：



可以發(fā)現(xiàn)，其實(shí)平面等效電容的去耦效果并沒(méi)有預(yù)期的那么好，而且平面電容與板級(jí)電容通常還會(huì)有個(gè)比較高的并聯(lián)諧振點(diǎn)，這對(duì)中高頻段的濾波也是不利的。當(dāng)然了，原理跟客戶講到了，也要拿出數(shù)據(jù)才有說(shuō)服力，于是，我們按照客戶要求將PDN阻抗的頻段拓寬至GHz。



看到寄予厚望的平面等效電容并不給力，客戶并沒(méi)灰心，提議加兩個(gè)pF級(jí)的電容看能否將PDN高頻段的阻抗壓下來(lái)。


就沖這個(gè)方案，就得給客戶點(diǎn)個(gè)贊，因?yàn)槟芟氤鲞@個(gè)方案，說(shuō)明客戶對(duì)電容去耦的頻段非常了解。這個(gè)方案在理論上也是可行的，不過(guò)，理論可行的另一個(gè)意思就是實(shí)際不行。于是，較量進(jìn)入第二回合。

我們不妨先看看村田某型號(hào)0402封裝100pF電容的阻抗曲線：



該電容的諧振頻點(diǎn)在678MHz，雖然還達(dá)不到1GHz，但是相對(duì)于uF級(jí)電容已經(jīng)是很大的提升了。那么，按照客戶的要求在板子上增加兩個(gè)pF級(jí)的電容后的PDN阻抗又是什么情況呢？結(jié)果又讓客戶失望了，電容增加前后的阻抗曲線基本重合，幾乎沒(méi)有變化！



客戶沉默半晌，牙縫里恨恨的崩出一個(gè)字：加電容！看到客戶執(zhí)著的樣子，高速先生想勸又不忍心，最后還是決定用仿真結(jié)果說(shuō)話。

這次，索性將1nF和100pF的電容一次各加10個(gè)，看效果如何。



結(jié)果讓客戶崩潰，20個(gè)電容加下去，一點(diǎn)水花都沒(méi)見(jiàn)著，阻抗曲線依舊波瀾不驚。不過(guò)，這卻在高速先生的預(yù)料之中，問(wèn)題的關(guān)鍵就在于板級(jí)去耦電容的安裝電感。由于pF級(jí)的電容去耦的頻段較高，而在這個(gè)頻段，電感將起主導(dǎo)作用，板級(jí)電容又受到安裝電感的局限較大（具體可參看下圖黃色路徑），最終將湮沒(méi)此類(lèi)電容的去耦效果，這也是其它板級(jí)小容值電容發(fā)揮去耦作用的最大障礙。


回到本文標(biāo)題，作為一名嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓コ仟{，有必要加以補(bǔ)充：當(dāng)刪則刪，容值pF級(jí)的板級(jí)去耦電容本不該出現(xiàn)。