高速數字電路封裝電源完整性分析

　　去耦電容數量的影響

　　由前面的結果知道，電容放在封裝上效果更好，所以對電容數量的探討，以在Pkg上為主。在前述Pkg+PCB的結構上，Pkg上電容的放置方式如圖9，模擬結果如圖10。

　　圖9 封裝上電容的放置位置

　　圖10 電容數量對|S21|的影響

　　從測量結果可知，加4和8顆時，在0～200Mhz，能有效壓低|S21|，但在400Mhz附近產生新的共振點，而把之后的共振點往高頻移動。當加入12～52顆后，同樣壓低低頻|S21|，且把400Mhz附近的共振點大大消減，高頻共振點向高頻移動，且振幅大為縮減。

　　隨著電容數量增加，對噪聲的抑制更好，從4～8顆的300Mhz，提升到1.2Ghz(52顆)，所以增加電容數量，有助于對提高電源的噪聲抑制能力。

　　去耦電容容值的影響

　　在Pkg和PCB的組合結構上，放置不同容值的電容，模擬結果如圖11。

　　對加入100nF和100pF做比較，0～300Mhz間，100n大電容有較好的抑制效果;500～800Mhz，100p小電容有較好的效果;而加100n電容，會跟整個系統結構在400Mz產生共振;當使用100n+100p，200～600Mhz，比單純使用100n和100p差，而更低頻或更高頻也沒有單一容值好;當使用100n+1n+100p三種容值時，產生了更多共振點，在電子系統中要特別小心，如果電路產生的噪聲剛好在共振頻率點，則噪聲被放大，對信號產生影響或輻射。

　　所以對電容容值的選擇，應根據要抑制的頻段來決定，頻段決定后根據電容的共振點選擇電容，越低的電容ESL和ESR越好。

　　圖11 混合不同容值電容的模擬結果

　　板層厚度的影響

　　首先，固定PCB電源與地平面之間的距離為0.7mm，改變Pkg電源層厚度依次為1.6mm、0.8mm、0.4mm、0.15mm,結果如圖12所示;當Pkg電源層厚度越來越高，第一個零點向低頻移動;從前面結論知道，2Ghz前的噪聲來自PCB，從結果來看PCB耦合上來的噪聲也變大了，而2Ghz以后主要受封裝影響，可以看到|S21|也隨厚度而變大，所以Pkg電源平面的厚度對S參數影響是很大的。

　　圖12 不同Pkg電源層厚度對|S21|的影響