高速数字电路封装电源完整性分析

　　去耦电容数量的影响

　　由前面的结果知道，电容放在封装上效果更好，所以对电容数量的探讨，以在Pkg上为主。在前述Pkg+PCB的结构上，Pkg上电容的放置方式如图9，模拟结果如图10。

　　图9 封装上电容的放置位置

　　图10 电容数量对|S21|的影响

　　从测量结果可知，加4和8颗时，在0～200Mhz，能有效压低|S21|，但在400Mhz附近产生新的共振点，而把之后的共振点往高频移动。当加入12～52颗后，同样压低低频|S21|，且把400Mhz附近的共振点大大消减，高频共振点向高频移动，且振幅大为缩减。

　　随着电容数量增加，对噪声的抑制更好，从4～8颗的300Mhz，提升到1.2Ghz(52颗)，所以增加电容数量，有助于对提高电源的噪声抑制能力。

　　去耦电容容值的影响

　　在Pkg和PCB的组合结构上，放置不同容值的电容，模拟结果如图11。

　　对加入100nF和100pF做比较，0～300Mhz间，100n大电容有较好的抑制效果;500～800Mhz，100p小电容有较好的效果;而加100n电容，会跟整个系统结构在400Mz产生共振;当使用100n+100p，200～600Mhz，比单纯使用100n和100p差，而更低频或更高频也没有单一容值好;当使用100n+1n+100p三种容值时，产生了更多共振点，在电子系统中要特别小心，如果电路产生的噪声刚好在共振频率点，则噪声被放大，对信号产生影响或辐射。

　　所以对电容容值的选择，应根据要抑制的频段来决定，频段决定后根据电容的共振点选择电容，越低的电容ESL和ESR越好。

　　图11 混合不同容值电容的模拟结果

　　板层厚度的影响

　　首先，固定PCB电源与地平面之间的距离为0.7mm，改变Pkg电源层厚度依次为1.6mm、0.8mm、0.4mm、0.15mm,结果如图12所示;当Pkg电源层厚度越来越高，第一个零点向低频移动;从前面结论知道，2Ghz前的噪声来自PCB，从结果来看PCB耦合上来的噪声也变大了，而2Ghz以后主要受封装影响，可以看到|S21|也随厚度而变大，所以Pkg电源平面的厚度对S参数影响是很大的。

　　图12 不同Pkg电源层厚度对|S21|的影响