當刪則刪，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隊成員）

2020年轉眼過半，國內(nèi)疫云漸消，形勢向好！高速先生隊長領銜的團隊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，所到之處，座無虛席。

后方的研發(fā)團隊也是一刻不松懈，緊張有序的應對國內(nèi)外客戶的各種技術需求。高速先生最近遇到的這個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》形成呼應，順便也對視頻最后的問題做個答復。

簡單介紹哈案例的背景：客戶提供了電源信息及板級電容配置，需要我們做電源的PDN阻抗仿真。圍繞PDN阻抗仿真報告，我們展開了三個回合的較量友好交流。


客戶疑問：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。


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



可以發(fā)現(xiàn)，其實平面等效電容的去耦效果并沒有預期的那么好，而且平面電容與板級電容通常還會有個比較高的并聯(lián)諧振點，這對中高頻段的濾波也是不利的。當然了，原理跟客戶講到了，也要拿出數(shù)據(jù)才有說服力，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，客戶并沒灰心，提議加兩個pF級的電容看能否將PDN高頻段的阻抗壓下來。


就沖這個方案，就得給客戶點個贊，因為能想出這個方案，說明客戶對電容去耦的頻段非常了解。這個方案在理論上也是可行的，不過，理論可行的另一個意思就是實際不行。于是，較量進入第二回合。

我們不妨先看看村田某型號0402封裝100pF電容的阻抗曲線：



該電容的諧振頻點在678MHz，雖然還達不到1GHz，但是相對于uF級電容已經(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pF級的電容后的PDN阻抗又是什么情況呢？結果又讓客戶失望了，電容增加前后的阻抗曲線基本重合，幾乎沒有變化！



客戶沉默半晌，牙縫里恨恨的崩出一個字：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果說話。

這次，索性將1nF和100pF的電容一次各加10個，看效果如何。



結果讓客戶崩潰，20個電容加下去，一點水花都沒見著，阻抗曲線依舊波瀾不驚。不過，這卻在高速先生的預料之中，問題的關鍵就在于板級去耦電容的安裝電感。由于pF級的電容去耦的頻段較高，而在這個頻段，電感將起主導作用，板級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），最終將湮沒此類電容的去耦效果，這也是其它板級小容值電容發(fā)揮去耦作用的最大障礙。


回到本文標題，作為一名嚴謹?shù)墓コ仟{，有必要加以補充：當刪則刪，容值pF級的板級去耦電容本不該出現(xiàn)。