電源完整性設計1

這一寄生電感比很多小封裝電容自身的寄生電感要大，必須考慮它的影響。過孔的直徑越大，寄生電感越小。過孔長度越長，電感越大。下面我們就以一個0805封裝0.01uF電容為例，計算安裝前后諧振頻率的變化。參數(shù)如下：容值：C=0.01uF。電容自身等效串聯(lián)電感：ESL=0.6 nH。安裝后增加的寄生電感：Lmount=1.5nH。

電容的自諧振頻率：

安裝后的總寄生電感：0.6+1.5=2.1nH。注意，實際上安裝一個電容至少要兩個過孔，寄生電感是串聯(lián)的，如果只用兩個過孔，則過孔引入的寄生電感就有3nH。但是在電容的每一端都并聯(lián)幾個過孔，可以有效減小總的寄生電感量，這和安裝方法有關。

安裝后的諧振頻率為：

可見，安裝后電容的諧振頻率發(fā)生了很大的偏移，使得小電容的高頻去耦特性被消弱。在進行電路參數(shù)設計時，應以這個安裝后的諧振頻率計算，因為這才是電容在電路板上的實際表現(xiàn)。

安裝電感對電容的去耦特性產(chǎn)生很大影響，應盡量減小。實際上，如何最大程度的減小安裝后的寄生電感，是一個非常重要的問題，本文后面還要專門討論。

電源完整性設計（7）局部去耦設計方法

局部去耦設計方法

我們從一個典型邏輯電路入手，討論局部退耦設計方法。圖7是典型的非門（NOT GATE）電路。當輸入（Input）低電平時，Q1打開，拉低Q2的基極，因此Q4的基極被拉低，Q3打開，輸出（Output）高電平。

圖7 非門內(nèi)部邏輯

實際電路設計中，器件之間相互連接構成完整系統(tǒng)，因此器件之間必然存在相互影響。作為例子，我們級聯(lián)兩個非門，如圖8所示，看看兩個器件之間怎樣相互影響。理想的情況應該是：第一個非門輸入邏輯低電平（邏輯0），其輸出為高電平，第二個非門輸入為第一個的輸出，也為高電平，因此第二個非門輸出低電平。

為保證邏輯電路能正常工作，表征電路邏輯狀態(tài)的電平值必須落在一定范圍內(nèi)。比如對于3.3V邏輯，高電平大于2V為邏輯1，低電平小于0.8V為邏輯0。當邏輯門電路的輸入電平處于上述范圍內(nèi)時，電路能保證對輸入邏輯狀態(tài)的正確判斷。當電平值處于0.8V到2V之間時，則不能保證對輸入邏輯狀態(tài)的正確判斷，對于本例的非門來說，其輸出可能是邏輯0，也可能是邏輯1，或者處于不定態(tài)。因此輸入電平超出規(guī)定范圍時，可能發(fā)生邏輯錯誤。

邏輯電路在設計時采用了很多技術來保證器件本身不會發(fā)生這樣的錯誤。但是，當器件安裝到電路板上，板級系統(tǒng)的其他因素仍可能導致類似錯誤的發(fā)生。圖8中級聯(lián)的兩個非門共用電源端Vcc和接地端GND。Vcc到每個非門供電引腳間都會存在寄生電感，每個非門的地引腳到GND之間也同樣存在寄生電感。在實際板級電路中設計中，寄生電感不可避免，電源平面、地平面、過孔、焊盤、連接焊盤的引出線都會引入額外的寄生電感。圖8已經(jīng)畫出了電源端和地端的寄生電感。當?shù)谝粋€非門輸入高電平，其輸出低電平。此時將會形成圖中虛線所示的電流通路，第一個非門接地處寄生電感上的電壓為：V=L*di/dt。這里i為邏輯轉換過程形成的瞬態(tài)電流。如果電路轉換過程非?？欤ǜ咚倨骷?nèi)部晶體管轉換時間已經(jīng)降到了皮秒級），di/dt將是個很大的值，即使很小的寄生電感L也會在電感兩端感應出很大的電壓V。對于一些大規(guī)模邏輯芯片，接地引腳是內(nèi)部非常多的晶體管共用的，這些晶體管同時開關的話，將產(chǎn)生很大的瞬態(tài)電流，再加上極快的轉換時間，寄生電感上的感應電壓更大。此時第一個非門的輸出信號電平為：非門本身低電平電壓+寄生電感上的電壓。如果這一值接近2V，可能會被第二個非門判斷為邏輯1，從而發(fā)生邏輯錯誤。