基于自諧振頻率電容器種類的選擇算法

作者：時間：2012-05-22 來源：網(wǎng)絡

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具體地，F(xiàn)lat Response算法與Decade Methods算法中容值的選擇分為3個步驟：
(1)找出VRM不能再維持低阻抗時的頻率點FLF_CROSS。
(2)確定需要設計的目標阻抗和截止頻率FHF_CUT_OFF。
(3)估算所需容值的種類

顯然，該方法中所選容值的種類數(shù)是由需要設計頻段的數(shù)量級決定，頻段的每個數(shù)量級中分布的電容器種類是固定的。設計出的去耦網(wǎng)絡與其他方法相比，具有以下優(yōu)點：
(1)元件數(shù)量較少。
(2)較高的ESR，將并聯(lián)諧振峰值降低。
(3)較快的瞬態(tài)響應。

2 自諧振頻率 電容器種類選擇算法
根據(jù)PDN的基本理論，降低并聯(lián)諧振峰值有兩種方法：
(1)使第3個電容器的自諧振頻率與并聯(lián)諧振頻率相一致。
(2)使第3個電容器的自諧振頻率位于其他兩個電容器自諧振頻率中間。
確定選哪算法取決于電容器的ESL、ESR，以及容值之間的差距。由于可用電容器的最大種類上限數(shù)目不確定，因此可能會出現(xiàn)僅允許用3種電容器甚至更少種類的情況。這里假設最大種類同設置的截止頻率無直接關系，重點介紹應用4種及以上電容器時的容值選取算法。對一種、兩種以及3種電容器的情況進行了簡單討論。
通過對Flat Response算法與Decade Methods算法的具體分析，可以發(fā)現(xiàn)這兩種算法有幾點不足：
(1)算法的選擇在很大程度上受所提供電容器容值種類的限制。如果給定了足夠多的容值，而且涵蓋了整個設計頻率范圍，那么可以嘗試選用任何一種方法；但如果給定的容值種類偏少或分布不均勻，可能就不能滿足每個數(shù)量級分布3種，或一種容值的要求。
(2)兩種算法都有一個前提條件，所有電容器的ESL以及安裝電感相等。這使得這些算法對電容器容值的選擇方法在實際設計中并不適用。
(3)在實際應用中，可能會出現(xiàn)同時使用相同容值，不同封裝的多種電容器的情況，上的兩種算法只能將它們當作一種容值的電容器來使用，無法同時發(fā)揮這幾種電容器的作用。
為更靈活、充分地的發(fā)揮所提供電容器的功能，文中將這些算法進行了優(yōu)化。
首先，根據(jù)實際提供的電容器，對設計中可用到的種類最大值進行估計，然后利用這個最大種類來靈活地確定應該選擇的容值組合。
Flat Response算法與Decade Methods算法都遵循一個原則：相鄰兩個容值的比例關系確定，而且在頻域?qū)?shù)坐標中，它們的自諧振頻率等間隔分布。式(5)則表明所選電容器的容值種類必須足夠多，以保證這些電容器的自諧振頻率可以涵蓋整個需要設計的頻率范圍。
在此基礎上，對電容器的選擇不再單純以容值為標準，而是在對數(shù)坐標中，將需要設計的頻率范圍平均分解為多個小頻段，然后在每個小頻段中選擇一個電容器來負責提供低阻抗。其中，小頻段的個數(shù)取決于可用的最大電容器種類。具體地，電容器類型的選擇分為5個步驟：
(1)確定VRM不再能提供低阻抗時的頻率點，作為設計頻段的起點FLF。代碼實現(xiàn)為：

本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/177188.htm

(2)確定設計頻段的最高頻率點，即截止頻率FHF。
(3)將設計頻段在對數(shù)坐標下平均劃分為N段，N依賴于電容器最大種類數(shù)。代碼實現(xiàn)為：