印制板電源完整性及去耦電容優(yōu)化

電源完整性和信號(hào)完整性，在電路板設(shè)計(jì)中的重要程度不言而喻，本文簡(jiǎn)單介紹了電源完整性的仿真，在得到電源的阻抗曲線后，如何設(shè)置去耦電容，降低其在整個(gè)工作頻段中的阻抗，從而達(dá)到降低EMI的目的。

首先，我們選擇一塊電路板。版圖是公司的，所以這里涂黑了，大概知道是塊板子就行了。

我們選擇一條5V的USB的走線，電源由右上角饋入，在左下角經(jīng)過(guò)了4顆電容后到達(dá)USB接口。

按照USB的標(biāo)準(zhǔn)，目前USB3.0的傳輸速度受硬盤影響，最高不超過(guò)1Gbps，因此我們關(guān)注的頻率在100kHz—2GHz，這里將其設(shè)置為仿真頻段，因?yàn)檫@根Net走線并不長(zhǎng)，也沒有蛇形的彎曲部分，所以預(yù)測(cè)其阻抗變化不是很大，為了給老板省成本，這里直選了3顆電容。首先得到仿真對(duì)象的 spice模型。

D9_1和JUSB1_1分別為饋入和饋出，相應(yīng)的D9_4和JUSB1_5為GND管腳。設(shè)置電源內(nèi)阻為0.1Ω，接下來(lái)進(jìn)行電路連接，3顆電容的位置先空著，查看這條Net的電源阻抗特性。

待仿真結(jié)束后，得到這段電源走線的阻抗參數(shù)圖，如下：

可以看到，由于這根USB走線相對(duì)較短，且布線相對(duì)比較規(guī)范，其阻抗在2GHz范圍內(nèi)變化并不是很大，最大391Ω。電源信號(hào)在該頻段內(nèi)存在幾處明顯的諧振，為了降低EMI，需要加加去耦電容。目標(biāo)希望其在整個(gè)頻段的阻抗降低到10Ω以下 。

接下來(lái)，將3顆電容連接起來(lái)，分別為C1、C2、C3，初始容值均設(shè)置為1000pf，并串聯(lián)3顆電阻，分別為R1、R2、R3。優(yōu)化目標(biāo)：100kHz—2GHz阻抗小于10Ω。

優(yōu)化后得到的結(jié)果：

C1 = 3111.65

C2 = 3122.21

C3 = 3111.49

R1 = 7.14841

R2 = 16.6401

R3 = 40.4783

上圖為1號(hào)端口的Z1_1曲線，綠色曲線為優(yōu)化后的結(jié)果，紅色為初始結(jié)果。用了3顆電容感覺還沒達(dá)到預(yù)定目標(biāo)，但是從波形的平整度來(lái)看，確實(shí)要比開始好很多。

上圖為2號(hào)端口的Z2_2曲線，綠色為優(yōu)化后的結(jié)果，基本上滿足要求了，并且波形的平整度很不錯(cuò)。

總結(jié)，layout板圖在初始的設(shè)計(jì)過(guò)程就應(yīng)該將電源完整性、信號(hào)完整性以及EMC問(wèn)題考慮進(jìn)去，這樣會(huì)省去后續(xù)的大量的測(cè)試、整改及修改板圖和工藝的時(shí)間及成本。

本文轉(zhuǎn)載于電磁兼容（EMC）公眾號(hào)，作者：小湯；轉(zhuǎn)載需注明作者和出處，謝謝。