電源完整性設計2
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圖11 兩個(gè)不同電容的阻抗曲線(xiàn)
左邊諧振點(diǎn)之前，兩個(gè)電容都呈容性，右邊諧振點(diǎn)后，兩個(gè)電容都呈感性。在兩個(gè)諧振點(diǎn)之間，阻抗曲線(xiàn)交叉，在交叉點(diǎn)處，左邊曲線(xiàn)代表的電容呈感性，而右邊曲線(xiàn)代表的電容呈容性，此時(shí)相當于LC并聯(lián)電路。對于LC并聯(lián)電路來(lái)說(shuō)，當L和C上的電抗相等時(shí)，發(fā)生并聯(lián)諧振。因此，兩條曲線(xiàn)的交叉點(diǎn)處會(huì )發(fā)生并聯(lián)諧振，這就是反諧振效應，該頻率點(diǎn)為反諧振點(diǎn)。
圖12 不同容值電容并聯(lián)后阻抗曲線(xiàn)
兩個(gè)容值不同的電容并聯(lián)后，阻抗曲線(xiàn)如圖12所示。從圖12中我們可以得出兩個(gè)結論：
a 不同容值的電容并聯(lián)，其阻抗特性曲線(xiàn)的底部要比圖10阻抗曲線(xiàn)的底部平坦得多（雖然存在反諧振點(diǎn)，有一個(gè)阻抗尖峰），因而能更有效地在很寬的頻率范圍內減小阻抗。
b 在反諧振（Anti-Resonance）點(diǎn)處，并聯(lián)電容的阻抗值無(wú)限大，高于兩個(gè)電容任何一個(gè)單獨作用時(shí)的阻抗。并聯(lián)諧振或反諧振現象是使用并聯(lián)去耦方法的不足之處。
在并聯(lián)電容去耦的電路中，雖然大多數頻率值的噪聲或信號都能在電源系統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(diǎn)的，由于電源系統表現出的高阻抗，使得這部分噪聲或信號能量無(wú)法在電源分配系統中找到回流路徑，最終會(huì )從PCB上發(fā)射出去（空氣也是一種介質(zhì)，波阻抗只有幾百歐姆），從而在反諧振頻率點(diǎn)處產(chǎn)生嚴重的EMI問(wèn)題。因此，并聯(lián)電容去耦的電源分配系統一個(gè)重要的問(wèn)題就是：合理的選擇電容，盡可能的壓低反諧振點(diǎn)處的阻抗。
Anti-Resonance 給電源去耦帶來(lái)麻煩，但幸運的是，實(shí)際情況不會(huì )像圖12顯示的那么糟糕。實(shí)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(diǎn)處的阻抗也不會(huì )是無(wú)限大的。實(shí)際上，可以通過(guò)計算得到反諧振點(diǎn)處的阻抗為
其中，X 為反諧振點(diǎn)處單個(gè)電容的阻抗虛部（均相等）?，F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(shí)反諧振點(diǎn)處的阻抗。等效串聯(lián)電感ESR使整個(gè)電源分配系統的阻抗特性趨于平坦。
前面我們提到過(guò)，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(guān)（嚴格來(lái)說(shuō)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(diǎn)附近一小段頻率。因此要在很寬的頻率范圍內提供足夠低的電源阻抗，就需要很多不同電容的組合。
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