电容的容值选择及Fanout设计(上)-PCB设计的十大误区

之前介绍了电源设计不需要强制从滤波电容进入到芯片管脚，也讨论了在多层板设计的时候，电容倾向于呈现“全局特性”，电容的位置不再是那么重要。滤波电容的容值选择非常重要，我们该如何选择滤波电容设计。

高速先生们本来不是网络潮人，不过自从坚持更新自媒体之后，大家都自觉开始追逐网络热点。为了文章能够紧跟时代潮流，从而吸引粉丝大神们的视线，高速先生也都是蛮拼的。话说羊年春节之后，热点话题不断。等到柴女神的视频一出，立马一统微信微博，其他话题全部靠边。其实更喜欢视频出来当天的网络氛围，大家呈现一片正能量，摩拳擦掌，准备大战雾霾。但是第二天出现了太多不和谐，话题被引向了口水与八卦，实在让人痛心。我们的话题还是回归电源噪声设计。其实想想噪声是不是也很像雾霾，我们对之深恶痛绝，但是却无法根除。并且随着用电需求增加，噪声会变得更加严重。我们解决电源噪声问题，也是要从根源出发（洗煤，提升油品质量），需要提升电源输出的质量，同时增加滤波手段（汽车尾气排放装置，加油枪过滤装置）言归正传，我们之前的话题说到：滤波电容设计，在多层板时代，电容倾向于呈现“全局特性”，电容的位置不再是那么重要；并且电源设计不需要强制从滤波电容进入到芯片管脚。那么问题来了，什么才是滤波电容设计的关键点。关键点其实是滤波电容本身，我们需要关注滤波电容的容值选择，进而关注电容的品牌、型号及参数。图1是研究滤波电容最基础的理论，本章我们会从最简单的电容特性及电容并联开始介绍，相对比较基础，资深工程师可以暂时回避，下期再见。

图1单个电容的阻抗曲线，我们需要关注两个参数，ESR（等效寄生电阻）和ESL（等效寄生电感）。我们平常比较关心ESL，ESL加上安装电感，和电容的容值构成LC谐振，电感越大，谐振频率往低频偏移。谐振频率之后，电容曲线呈现感性，也就是说谐振频率往低频偏移的同时，电容的效果变差。平常对ESR的关注不多，其实ESR也是非常关键的一个参数。不少人对ESR会有一些误解。首先，ESR不是一个常数，是随着频率而变化的。图1的Murata工具里面看到的串联电阻（Series Resistance ）值，不是我们常规理解的谐振频率点的ESR，后面的等效电路仿真的时候需要注意这个细节。图2是这个电容的ESR随频率变化的曲线。谐振频率点的ESR值，决定了电容阻抗曲线的最低点。这个值在电容设计的时候也非常重要，一般来说，小尺寸封装的小电容，谐振频率点的ESR值一般较大。

图2

接着，我们来看看电容的并联，先暂时忽略安装电感，后面再单独介绍安装电感的设计细节。同种类电容的并联如图3所示，谐振频率点不变，但是谐振频率处的ESR会形成电阻并联。可以认为同一种类电容加的数量越多，电容并联之后，谐振频率点的阻抗越低。

不同种类电容的并联如图4所示，两种电容并联，会出现两个谐振频率点。同时还会出现一个反谐振频率点，这个反谐振频率是电容设计的难点之一。