電源完整性設計2

需要多大的電容量

有兩種方法確定所需的電容量。第一種方法利用電源驅動的負載計算電容量。這種方法沒有考慮ESL及ESR的影響，因此很不精確，但是對理解電容量的選擇有好處。第二種方法就是利用目標阻抗（Target Impedance）來計算總電容量，這是業(yè)界通用的方法，得到了廣泛驗證。你可以先用這種方法來計算，然后做局部微調，能達到很好的效果，如何進行局部微調，是一個更高級的話題。下面分別介紹兩種方法。

方法一：利用電源驅動的負載計算電容量

設負載（容性）為30pF，要在2ns內從0V驅動到3.3V，瞬態(tài)電流為：

（公式5）

如果共有36個這樣的負載需要驅動，則瞬態(tài)電流為：36*49.5mA=1.782A。假設容許電壓波動為：3.3*2.5%=82.5 mV，所需電容量為

C=I*dt/dv=1.782A*2ns/0.0825V=43.2nF

說明：所加的電容實際上作為抑制電壓波紋的儲能元件，該電容必須在2ns內為負載提供1.782A的電流，同時電壓下降不能超過82.5 mV，因此電容值應根據82.5 mV來計算。記?。弘娙莘烹娊o負載提供電流，其本身電壓也會下降，但是電壓下降的量不能超過82.5 mV（容許的電壓波紋）。這種計算沒什么實際意義，之所以放在這里說一下，是為了讓大家對去耦原理認識更深。

方法二：利用目標阻抗計算電容量（設計思想很嚴謹，要吃透）

為了清楚的說明電容量的計算方法，我們用一個例子。要去耦的電源為1.2V，容許電壓波動為2.5%，最大瞬態(tài)電流600mA，

第一步：計算目標阻抗

第二步：確定穩(wěn)壓電源頻率響應范圍。

和具體使用的電源片子有關，通常在DC到幾百kHz之間。這里設為DC到100kHz。在100kHz以下時，電源芯片能很好的對瞬態(tài)電流做出反應，高于100kHz時，表現為很高的阻抗，如果沒有外加電容，電源波動將超過允許的2.5%。為了在高于100kHz時仍滿足電壓波動小于2.5%要求，應該加多大的電容？

第三步：計算bulk電容量

當頻率處于電容自諧振點以下時，電容的阻抗可近似表示為：

頻率f越高，阻抗越小，頻率越低，阻抗越大。在感興趣的頻率范圍內，電容的最大阻抗不能超過目標阻抗，因此使用100kHz計算（電容起作用的頻率范圍的最低頻率，對應電容最高阻抗）。

第四步：計算bulk電容的最高有效頻率

當頻率處于電容自諧振點以上時，電容的阻抗可近似表示為：