案例分享 | 如何手动添加去耦电容?

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案例分享 | 如何手动添加去耦电容?

良好的PDN(Power Distribution Network)网络能够给工作芯片提供一个稳定而干净的电压环境,而电源完整性设计的终极目标就是要保证PCBA系统的电源供给稳定。

电源完整性设计分两大块:直流DC设计和交流AC设计,其中交流AC设计的主要关注点在去耦电容。在PDN中,有多种去耦电容,包括DIE去耦电容、封装去耦电容、PCB去耦电容、VRM体电容等。

SIwave中强大的PI Advisor功能,可以对PCBA板中的上述去耦电容进行自动优化,找到合适的去耦电容配置方案,但是PI Advisor的优化只能针对板子上已存在的电容进行,而如果发现板子上某处有阻抗谐振点,需要在该处手动添加去耦电容的话,该如何去实现呢?接下来请小伙伴们集中精神听我娓娓道来。
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如何手动添加去耦电容?

谐振分析

 

添加去耦电容之前,要先确定PCBA板中层间谐振点的位置,找到阻抗极值点,这时需要用到Compute Resonant Modes功能。在电源完整性分析流程中,谐振分析一般在电源层与地层之间(在进行谐振分析前,最好对需要分析的PCBA板有比较好的理解),因此可以选择计算Power和GND之间的谐振模式,另外再设置需要计算的模式数(可以为下图中的10,也可以设置更多)。
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计算得到Power层与GND层之间的多个谐振模式,观察发现模式7与模式25在板子相近位置处均存在谐振点,我们可以考虑在此添加去耦电容,消除这两个谐振点。

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如何手动添加去耦电容?

计算谐振点处阻抗Z

 

为了计算谐振点处Power层与GND层之间的阻抗,在谐振点处手动添加端口,端口正负极分别选择Power层与GND层,参考阻抗设置为0.1Ω。
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调用Compute SYZ Parameters功能提取Z参数,得到Power与GND层之间的阻抗,可以观察到阻抗极值频点与谐振分析得到的频点相吻合。

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如何手动添加去耦电容?

添加去耦电容

 

找到谐振位置后,接下来将在谐振点处添加去耦电容。先在谐振位置处定义一个电容安装区域,并选择电容安装位置(Top层或Bottom层),注意电容安装的位置要避免与其他元器件位置重叠,这在实际板子的制作过程中是不允许的。
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然后进入电容库中筛选去耦电容,筛选去耦电容时,注意电容的尺寸(保证可在定义的电容安装区域内能够安放)以及谐振频点(能起到去耦的效果)。
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最后在电容库界面对话框中点击电容安装按钮,进入电容安装设置对话框,设置完成后,将在PCB板上看到已安装好的电容。
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完成去耦电容添加并提取原先谐振位置处的阻抗,与未添加去耦电容的阻抗对比,发现原有的两个谐振频点消失了,说明添加的电容成功地起到了去耦的效果。但是会发现还出现了其他的谐振点,需要重复上述的流程继续添加去耦电容,保证在关注的频段内阻抗满足要求。

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总结

手动添加去耦电容是SIwave中除了自动去耦优化的另外一种去耦手段,具有灵活性高、快捷方便的优点。但是会存在“按下葫芦浮起瓢“的问题,只对单阻抗谐振频点的消除有较大作用,若要降低频段内的阻抗却不适合,建议与去耦电容自动优化功能配合使用。

最后,添加去耦电容是在板子后仿真验证中发现问题时采取的补救措施,如果有可能,最好在板子设计阶段就能够提前发现问题,改善板子设计。

 

 

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