[发明专利]基于最大反谐振点的电源分配网络去耦电容器选择方法

说明书

技术领域

本发明属于电子电路技术领域，更进一步涉及一种去耦电容器的选择方法，可应用于高速电路设计。

背景技术

随着电子系统向高速、高密度、低电压和大电流的趋势发展，电源完整性问题日益凸显，此时电源分配网络PDN不仅需要为电路提供纯净的电源，还起到为高速信号提供低噪声回路，多芯片间噪声隔离以及确保电磁完整性的作用，因此电源分配网络设计的合理与否对系统的成败起着关键作用。

对于电源分配网络的设计，一般是从频域出发，应用目标阻抗作为参考标准，添加不同种类的去耦电容器使电源分配网络阻抗在目标频率内低于目标阻抗，这一过程的核心问题在于去耦电容器容值选择和个数的确定。针对于此问题，以下论文和专利中进行了详细的论述。

Larry D.Smith,Dale Becker,Steve Weir,Istvan Novak发表的论文“Comparison of Power Distribution Network Design Methods”(DesignCon2006)对电源分配网络设计时所使用的去耦电容器的选取方法进行了介绍，所提及目前常用的去耦电容选择方法有Big“V”、Decade Methods方法和Flat response方法。其中：

Big“V”方法，建议在进行电源分配网络设计时只选用一种去耦电容器，为使电源分配网络阻抗在目标频率内低于目标阻抗，将多个相同容值的电容器并联。并联后的电容器自谐振频率与单个电容器的自谐振频率相同，因此电源分配网络阻抗曲线在形状上表现为深“V”型。该方法的不足之处在于，整个设计过程只使用一种去耦电容器，虽然易于实现，但一般完成设计需要的电容器个数较多，且由于设计得到的电源分配网络阻抗曲线为深“V”型，所以冗余较大。

Decade Methods方法，建议在进行电源分配网络设计时，根据电容容值的不同，在电容容值的每一个数量级上选取一种电容，容值的具体选择方法为，每一种选择的电容容值是己选用的相邻去耦电容容值的几何平均值。以这种方法选取去耦电容器时，还需要根据不同电容器所发挥去耦作用的频段不同，确定各容值的电容器使用个数。

Flat response方法，建议在每个电容容值数量级上选择3种不同的电容，容值的具体选择方法与Decade Methods方法相同，即每一种电容容值是己选用的相邻去耦电容容值的几何平均值。

Decade Methods方法与Flat response方法的不足之处在于对每个数量级上所使用的电容个数和种类有所限制，然尔实际设计中不一定都能够满足其要求。

Steve Weir的发明专利“Power distribution system for integrated circuits”(United States Patent Application,20070279881)中提到从印刷电路板的物理结构出发优化电源分配网络，比如，缩短平面间间距，从而增大平面电容值，减小电源分配网络阻抗；改变介质参数和层叠结构，增大去耦电容安装时的等效电阻以获得较小的品质因数从而获得平坦的电源分配网络阻抗曲线，使纹波电压波动减小。该专利虽然对电源分配网络的理论研究有新的突破，但此专利中并未给出具体地电源分配网络的去耦电容器选择方法。

另外，在Istvan Novak的发明专利“Adding electrical resistance in series with bypass capacitors to achieve a desired value of electrical impedance between conductors of electrical power distribution structure”(United States PatentApplication,20030107452)中提到了去耦电容等效电阻对电源分配网络阻抗曲线的影响，肯定了增大等效电阻在电源分配网络设计中的重要性。该方法存在的不足之处是，虽然对影响电源分配网络阻抗的各个参数进行了分析设计，但是并没有从全局角度给出去耦网络的具体设计方案，需要设计者自己建立电源分配网络各参数之间的关联，据此确定所需去耦电容容值和个数。实际可操作性不强。