基于自谐振频率电容器种类的选择算法

作者：时间：2012-05-22来源：网络收藏

具体地，Flat Response算法与Decade Methods算法中容值的选择分为3个步骤：
(1)找出VRM不能再维持低阻抗时的频率点FLF_CROSS。
(2)确定需要设计的目标阻抗和截止频率FHF_CUT_OFF。
(3)估算所需容值的种类

显然，该方法中所选容值的种类数是由需要设计频段的数量级决定，频段的每个数量级中分布的电容器种类是固定的。设计出的去耦网络与其他方法相比，具有以下优点：
(1)元件数量较少。
(2)较高的ESR，将并联谐振峰值降低。
(3)较快的瞬态响应。

2 自谐振频率 电容器种类选择算法
根据PDN的基本理论，降低并联谐振峰值有两种方法：
(1)使第3个电容器的自谐振频率与并联谐振频率相一致。
(2)使第3个电容器的自谐振频率位于其他两个电容器自谐振频率中间。
确定选哪算法取决于电容器的ESL、ESR，以及容值之间的差距。由于可用电容器的最大种类上限数目不确定，因此可能会出现仅允许用3种电容器甚至更少种类的情况。这里假设最大种类同设置的截止频率无直接关系，重点介绍应用4种及以上电容器时的容值选取算法。对一种、两种以及3种电容器的情况进行了简单讨论。
通过对Flat Response算法与Decade Methods算法的具体分析，可以发现这两种算法有几点不足：
(1)算法的选择在很大程度上受所提供电容器容值种类的限制。如果给定了足够多的容值，而且涵盖了整个设计频率范围，那么可以尝试选用任何一种方法；但如果给定的容值种类偏少或分布不均匀，可能就不能满足每个数量级分布3种，或一种容值的要求。
(2)两种算法都有一个前提条件，所有电容器的ESL以及安装电感相等。这使得这些算法对电容器容值的选择方法在实际设计中并不适用。
(3)在实际应用中，可能会出现同时使用相同容值，不同封装的多种电容器的情况，上的两种算法只能将它们当作一种容值的电容器来使用，无法同时发挥这几种电容器的作用。
为更灵活、充分地的发挥所提供电容器的功能，文中将这些算法进行了优化。
首先，根据实际提供的电容器，对设计中可用到的种类最大值进行估计，然后利用这个最大种类来灵活地确定应该选择的容值组合。
Flat Response算法与Decade Methods算法都遵循一个原则：相邻两个容值的比例关系确定，而且在频域对数坐标中，它们的自谐振频率等间隔分布。式(5)则表明所选电容器的容值种类必须足够多，以保证这些电容器的自谐振频率可以涵盖整个需要设计的频率范围。
在此基础上，对电容器的选择不再单纯以容值为标准，而是在对数坐标中，将需要设计的频率范围平均分解为多个小频段，然后在每个小频段中选择一个电容器来负责提供低阻抗。其中，小频段的个数取决于可用的最大电容器种类。具体地，电容器类型的选择分为5个步骤：
(1)确定VRM不再能提供低阻抗时的频率点，作为设计频段的起点FLF。代码实现为：

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/177188.htm

(2)确定设计频段的最高频率点，即截止频率FHF。
(3)将设计频段在对数坐标下平均划分为N段，N依赖于电容器最大种类数。代码实现为：