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(dòng)的負載計算電容量。這種方法沒(méi)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(lái)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(lái)計算，然后做局部微調，能達到很好的效果，如何進(jìn)行局部微調，是一個(gè)更高級的話(huà)題。下面分別介紹兩種方法。

方法一：利用電源驅動(dòng)的負載計算電容量

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

（公式5）

如果共有36個(gè)這樣的負載需要驅動(dòng)，則瞬態(tài)電流為：36*49.5mA=1.782A。假設容許電壓波動(dòng)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(shuō)明：所加的電容實(shí)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(shí)電壓下降不能超過(guò)82.5 mV，因此電容值應根據82.5 mV來(lái)計算。記?。弘娙莘烹娊o負載提供電流，其本身電壓也會(huì )下降，但是電壓下降的量不能超過(guò)82.5 mV（容許的電壓波紋）。這種計算沒(méi)什么實(shí)際意義，之所以放在這里說(shuō)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?chē)乐?，要吃透?p>為了清楚的說(shuō)明電容量的計算方法，我們用一個(gè)例子。要去耦的電源為1.2V，容許電壓波動(dòng)為2.5%，最大瞬態(tài)電流600mA，

第一步：計算目標阻抗

第二步：確定穩壓電源頻率響應范圍。

和具體使用的電源片子有關(guān)，通常在DC到幾百kHz之間。這里設為DC到100kHz。在100kHz以下時(shí)，電源芯片能很好的對瞬態(tài)電流做出反應，高于100kHz時(shí)，表現為很高的阻抗，如果沒(méi)有外加電容，電源波動(dòng)將超過(guò)允許的2.5%。為了在高于100kHz時(shí)仍滿(mǎn)足電壓波動(dòng)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(diǎn)以下時(shí)，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(guò)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(diǎn)以上時(shí)，電容的阻抗可近似表示為：