印制板電源完整性及去耦電容優化

電源完整性和信號完整性，在電路板設計中的重要程度不言而喻，本文簡單介紹了電源完整性的仿真，在得到電源的阻抗曲線后，如何設置去耦電容，降低其在整個工作頻段中的阻抗，從而達到降低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，在左下角經過了4顆電容后到達USB接口。

按照USB的標準，目前USB3.0的傳輸速度受硬盤影響，最高不超過1Gbps，因此我們關注的頻率在100kHz—2GHz，這里將其設置為仿真頻段，因為這根Net走線并不長，也沒有蛇形的彎曲部分，所以預測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。首先得到仿真對象的 spice模型。

D9_1和JUSB1_1分別為饋入和饋出，相應的D9_4和JUSB1_5為GND管腳。設置電源內阻為0.1Ω，接下來進行電路連接，3顆電容的位置先空著，查看這條Net的電源阻抗特性。

待仿真結束后，得到這段電源走線的阻抗參數圖，如下：

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

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

優化后得到的結果：

C1 = 3111.65

C2 = 3122.21

C3 = 3111.49

R1 = 7.14841

R2 = 16.6401

R3 = 40.4783

上圖為1號端口的Z1_1曲線，綠色曲線為優化后的結果，紅色為初始結果。用了3顆電容感覺還沒達到預定目標，但是從波形的平整度來看，確實要比開始好很多。

上圖為2號端口的Z2_2曲線，綠色為優化后的結果，基本上滿足要求了，并且波形的平整度很不錯。

總結，layout板圖在初始的設計過程就應該將電源完整性、信號完整性以及EMC問題考慮進去，這樣會省去后續的大量的測試、整改及修改板圖和工藝的時間及成本。

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