去耦電容的選擇、容值計算和布局布線（一）

去耦電容的容值計算和布局布線有源器件在開關(guān)時產(chǎn)生的高頻開關(guān)噪聲將沿著電源線傳播。去耦電容的主要功能就是提供一個局部的直流電源給有源器件，以減少開關(guān)噪聲在板上的傳播，和將噪聲引導到地。 去耦電容的容值計算 去耦的初衷是：不論IC對電流波動的規(guī)定和要求如何都要使電壓限值維持在規(guī)定的允許誤差范圍之內(nèi)。 使用表達式：

由此可計算出一個IC所要求的去耦電容的電容量C。 ⊿U是實際電源總線電壓所允許的降低，單位為V。 I是以A（安培）為單位的最大要求電流； ⊿t是這個要求所維持的時間。 去耦電容容值計算方法： 推薦使用遠大于1/m乘以等效開路電容的電容值。 此處m是在IC的電源插針上所允許的電源總線電壓變化的最大百分數(shù)，一般IC的數(shù)據(jù)手冊都會給出具體的參數(shù)值。 等效開路電容定義為：

P——IC所耗散的總瓦數(shù)； U——IC的最大DC供電電壓； f——IC的時鐘頻率。 一旦決定了等效開關(guān)電容，再用遠大于1/m的值與它相乘來找出IC所要求的總?cè)ヱ铍娙葜?。然后還要把結(jié)果再與連接到相同電源總線電源插針的總數(shù)相 除，最后求得安裝在每個連接到電源總線的所有電源插針附近的電容值。 去耦電容選擇不同容值組合的原因： 在去耦電容的設(shè)計上，通常采用幾個不同容值（通常相差二到三個數(shù)量級，如0.1uF與10uF），基本的出發(fā)點是分散串聯(lián)諧振以獲得一個較寬頻率范 圍內(nèi)的較低阻抗。 ?電容諧振頻率的解釋：由于焊盤和引腳的原因，每個電容都存在等效串聯(lián)電感（ESL），因此自身會形成一個串聯(lián)諧振電路，LC串聯(lián)諧振電路存在一個諧振頻率，隨著電力的頻 率不同，電容的特性也隨之變化，在工作頻率低于諧振頻率時，電容總體呈容性，在工作頻率高于諧振頻率時，電容總體呈感性，此時去耦電容就失去了去耦的效 果，如下圖所示。因此，要提高串聯(lián)諧振頻率，就要盡可能降低電容的等效串聯(lián) 電感。

電容的容值選擇一般取決于電容的諧振頻率。 不同封裝的電容有不同的諧振頻率，下表列出了不同容值不同封裝的電容的諧振頻率：

需要注意的是數(shù)字電路的去耦，低的ESR值比諧振頻率更為重要，因為低的ESR值可以提供更低阻抗的到地通路，這樣當超過諧振頻率 的電容呈現(xiàn)感性時仍能提供足夠的去耦能力。 降低去耦電容ESL的方法 ： 去耦電容的ESL是由于內(nèi)部流動的電流引起的，使用多個去耦電容并聯(lián)的方式可以降低電容的ESL影響，而且將兩個去耦電容以相反走向放置在一起，從 而使它們的內(nèi)部電流引起的磁通量相互抵消，能進一步降低ESL。（此方法適用于任何數(shù)目的去耦電容，注意不要侵犯DELL公司的專利） IC去耦電容的數(shù)目選擇 ?在設(shè)計原理圖的時候，經(jīng)常遇到的問題是為芯片的電源引腳設(shè)計去耦電容，上面已經(jīng)介紹了去耦電容的容值選擇，但是數(shù)目選擇怎么確定呢？理論上是每個電 源引腳最好分配一個去耦電容，但https://mp.weixin.qq.com/cgi-bin/appmsg?t=media/appmsg_edit&action=edit&type=10&isMul=1&isNew=1&lang=zh_CN&token=1045897676是在實際情況中，卻經(jīng)常看到去耦電容的數(shù)目要少于電源引腳數(shù)目的情況，如freescale提供的iMX233的PDK原 理圖中，內(nèi)存SDRAM有15個電源引腳，但是去耦電容的數(shù)目是10個。 去耦電容數(shù)目選擇依據(jù)： 在布局空間允許的情況下，最好做到一個電源引腳分配一個去耦電容，但是在空間不足的時候，可以適當削減電容的數(shù)目，具體情況應該根據(jù)芯片上電源引腳 的具體分布決定，因為廠家在設(shè)計IC的時候，經(jīng)常是幾個電源引腳在一起，這樣可以共用去耦電容，減少去耦電容的數(shù)目。 ?

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