PDN頻段分布及電容的濾波頻段限製
 

PDN各元素的濾波頻段範圍
 

電容的諧振頻率計算
 

電容與安裝電感
 

電容位置
 

 

pengdaoguohaoxieshejiyaoqiulimianxiezhedianyuanbixuconglvbodianrongjinruxinpianguanjiao
，yeyoubushaogongchengshizaishijishejizhongzunshouzhegeguize，womenzhecijiuyiqilaikankanzhegeguizedeshiyongchanghe。

 

單
、雙麵板設計的時候，沒有電源、地平麵。電源、地網絡是通過走線來進行連接的，這個時候在設計上要求電源和地先走到濾波電容，然後在進入芯片管腳，具體設計如圖1所示

這時候
，PDN也就是電源供電網絡，沒有平板電容。然後芯片的工作頻率一般也不高，工作時電源噪聲的頻率包括諧波一般都不超過100M，電源噪聲主要由各級濾波電容來實現濾除。

 

但是，現在的設計有什麼區別呢
？大部分設計采用多層板層疊方式，也就是我們有了專門的電源、地平麵了；在大多數的層疊教材中
，都會建議在可能的情況下，盡量把電源和地緊鄰在一起，也就是說，我們的電源、地緊耦合形成平板電容；同時係統的工作頻率越來越高，工作時電源噪聲的頻率如果考慮諧波分量的話，動輒幾個G HZ。

 

那麼
，在以上幾個變化的設計條件下，如果我們還堅持按照圖2的方式，電源和地網絡通過過孔連接到濾波電容
，然後通過濾波電容連接到芯片，這樣的設計存在哪些問題呢？

圖2的設計方式
，是假定電容還是主要的濾波元件，限定供電路徑經過電容。但是實際上從圖3我們可以看到
，電源供電網絡裏麵，電源、地(di)之(zhi)間(jian)形(xing)成(cheng)的(de)平(ping)板(ban)電(dian)容(rong)，才(cai)是(shi)板(ban)級(ji)響(xiang)應(ying)速(su)度(du)最(zui)快(kuai)的(de)濾(lv)波(bo)元(yuan)件(jian)。我(wo)們(men)希(xi)望(wang)從(cong)濾(lv)波(bo)元(yuan)件(jian)到(dao)供(gong)電(dian)管(guan)腳(jiao)之(zhi)間(jian)的(de)電(dian)感(gan)盡(jin)量(liang)小(xiao)，提(ti)高(gao)元(yuan)件(jian)濾(lv)波(bo)的(de)效(xiao)率(lv)。

我們從兩個角度來理解電源設計的目標。

一個是傳統的儲能角度，另一個是頻域的PDN阻抗角度。

從儲能角度來說，VRM是蓄水池，Buck電容是我們挑回來放在水缸的水，那麼板上的小濾波電容就是水瓢，這時候我們先忽略芯片內部的封裝基板電容和Die電容（或者我們把這兩種電容理解為身體內部儲存的水）。那麼N年前，當我們身體缺水，口渴的時候，拿著水瓢從水缸舀起水來解渴，如果實在不著急
，走到水池邊上埋頭喝水也未嚐不可（那些年，水質幹淨，路上不堵，環境好哈）（電源噪聲頻段不高
，用電需要的速度-頻率也不是很高）。

可惜好時光的那年已經匆匆而過了。現在環境汙染，水質變壞，我們再要喝水，已經不敢喝生水了。VRM成了自來水廠，Bulk電容就是設在小區的水塔，通過自來水管接到我們家裏，我們用水壺（小濾波電容）來接水，燒開之後倒在杯子（平板電容）裏，口渴的時候
，隻能用杯子喝水了。當然如果不著急，又想表現豪爽，直接對著水壺喝水也沒問題。

 

例子不是100%恰當
，隻是說明一個問題，現在的PDN設計，我們不能忽視電源、地間的平板電容。既然已經是多層板設計，甚至是8層以上（電源、地板間距離較小）設計
，這時候還限定電源地用電強製經過濾波電容，已經是不合理了）

 

圖4是常見的電容與芯片的Fan out設計方案，我們不需要限定用電經過電容到達芯片管腳。而是要求芯片就近打孔到平麵

，減少芯片與電容和電源、地平麵的距離（安裝電感）。簡單來說
，把水杯放在辦公桌上隨手可及的地方，口渴了伸手就能喝水。

電源的事情讓無數工程師頭痛，大家想盡辦法來讓電源變得“幹淨”，濾波電容設計是其一，還有磁珠隔離等其他手段
，我們會一一道來。下一節就是從PDN角度來看電源濾波及電容設計。