電源完整性設計2

圖11 兩個不同電容的阻抗曲線

左邊諧振點之前，兩個電容都呈容性，右邊諧振點后，兩個電容都呈感性。在兩個諧振點之間，阻抗曲線交叉，在交叉點處，左邊曲線代表的電容呈感性，而右邊曲線代表的電容呈容性，此時相當于LC并聯(lián)電路。對于LC并聯(lián)電路來說，當L和C上的電抗相等時，發(fā)生并聯(lián)諧振。因此，兩條曲線的交叉點處會發(fā)生并聯(lián)諧振，這就是反諧振效應，該頻率點為反諧振點。

圖12 不同容值電容并聯(lián)后阻抗曲線

兩個容值不同的電容并聯(lián)后，阻抗曲線如圖12所示。從圖12中我們可以得出兩個結論：

a 不同容值的電容并聯(lián)，其阻抗特性曲線的底部要比圖10阻抗曲線的底部平坦得多（雖然存在反諧振點，有一個阻抗尖峰），因而能更有效地在很寬的頻率范圍內(nèi)減小阻抗。

b 在反諧振（Anti-Resonance）點處，并聯(lián)電容的阻抗值無限大，高于兩個電容任何一個單獨作用時的阻抗。并聯(lián)諧振或反諧振現(xiàn)象是使用并聯(lián)去耦方法的不足之處。

在并聯(lián)電容去耦的電路中，雖然大多數(shù)頻率值的噪聲或信號都能在電源系統(tǒng)中找到低阻抗回流路徑，但是對于那些頻率值接近反諧振點的，由于電源系統(tǒng)表現(xiàn)出的高阻抗，使得這部分噪聲或信號能量無法在電源分配系統(tǒng)中找到回流路徑，最終會從PCB上發(fā)射出去（空氣也是一種介質，波阻抗只有幾百歐姆），從而在反諧振頻率點處產(chǎn)生嚴重的EMI問題。因此，并聯(lián)電容去耦的電源分配系統(tǒng)一個重要的問題就是：合理的選擇電容，盡可能的壓低反諧振點處的阻抗。

電源完整性設計（13）ESR對反諧振的影響

Anti-Resonance 給電源去耦帶來麻煩，但幸運的是，實際情況不會像圖12顯示的那么糟糕。實際電容除了LC之外，還存在等效串聯(lián)電感ESR，因此，反諧振點處的阻抗也不會是無限大的。實際上，可以通過計算得到反諧振點處的阻抗為

其中，X 為反諧振點處單個電容的阻抗虛部（均相等）?，F(xiàn)代工藝生產(chǎn)的貼片電容，等效串聯(lián)阻抗很低，因此就有辦法控制電容并聯(lián)去耦時反諧振點處的阻抗。等效串聯(lián)電感ESR使整個電源分配系統(tǒng)的阻抗特性趨于平坦。

電源完整性設計（14）怎樣合理選擇電容組合

前面我們提到過，瞬態(tài)電流的變化相當于階躍信號，具有很寬的頻譜。因而，要對這一電流需求補償，就必須在很寬的頻率范圍內(nèi)提供足夠低的電源阻抗。但是，不同電容的有效頻率范圍不同，這和電容的諧振頻率有關（嚴格來說應該是安裝后的諧振頻率），有效頻率范圍（電容能提供足夠低阻抗的頻率范圍）是諧振點附近一小段頻率。因此要在很寬的頻率范圍內(nèi)提供足夠低的電源阻抗，就需要很多不同電容的組合。