降成本設(shè)計(jì)，刻不“容”緩。如果說(shuō)內(nèi)存條是繞不開的剛需，那么，對(duì)付“容嬤嬤”（本文特指電源的濾波電容）還是有辦法的，比如，省著用，是的，看我真誠(chéng)的眼神，能省則省。看到這里，希望各位拿好手中的板磚，抑制住扔給我的沖動(dòng)，因?yàn)槁斆鞯哪銈兛隙ㄏ胝f(shuō)，按照這種邏輯，啥也不做豈不最省錢？非也，非也，硬件設(shè)計(jì)是件很嚴(yán)肅的事情，小生對(duì)此心懷敬畏，降成本設(shè)計(jì)不是不設(shè)計(jì)，而是成本和質(zhì)量雙管齊下，具體到電源的PDN阻抗設(shè)計(jì)，就是既能減少濾波電容的數(shù)量，同時(shí)，還能滿足電源噪聲的要求。

既然要拿濾波電容下手，那就有必要先了解電容的阻抗特性。理想電容的阻抗隨著頻率增加而呈反比下降，而實(shí)際電容的特性卻沒有這么簡(jiǎn)單。實(shí)際電容器的阻抗曲線可以用一個(gè)簡(jiǎn)單的RLC電路模型近似，如下圖某款0402封裝的1uF電容阻抗曲線，在等效寄生電阻ESR和等效寄生電感ESL的共同影響下，電容阻抗曲線變成了一個(gè)“V”字型，諧振頻率點(diǎn)10MHz處的阻抗最小，換而言之，我們可以認(rèn)為該電容的最佳濾波頻段在10MHz附近（此處暫不考慮安裝電感影響）。

了解了電容的阻抗特性，下面我們就來(lái)看看對(duì)于濾波電容如何物盡其用，用盡量少的電容在盡量寬的頻段內(nèi)保持PDN阻抗低于目標(biāo)阻抗（即滿足負(fù)載最大瞬態(tài)電流供應(yīng)，且在電壓變化不超過(guò)最大允許波動(dòng)范圍的情況下，電源系統(tǒng)自身阻抗的最大值）。不妨來(lái)比較下相同容值的電容組合與不同容值組合的濾波效果：

以圖中的藍(lán)色直線為目標(biāo)阻抗線，對(duì)比可以看出，數(shù)量相同的情況下，相同容值電容并聯(lián)的阻抗沒有多容值組合的效果好，因?yàn)椤癡”字造型雖然在某些特定的場(chǎng)合有著強(qiáng)大的誘惑力，但是對(duì)于PDN阻抗并不是最佳選擇，因?yàn)榇笃鸫舐鋪?lái)的太突然，阻抗只能在較窄的頻段內(nèi)控制在目標(biāo)阻抗之下，而且費(fèi)力不討好，為滿足相同的目標(biāo)阻抗要求，所需電容數(shù)量多，成本高。相比之下，波瀾不驚的多容值組合更顯淡定從容，不同容值的電容各司其職，分區(qū)而治，可以在較寬的頻段內(nèi)都將PDN阻抗壓制在目標(biāo)阻抗線以下，減少使用的電容數(shù)量，降低成本。

當(dāng)然，如果電源的PDN阻抗曲線整體都已經(jīng)控制在目標(biāo)阻抗以下，是否就皆大歡喜了呢？其實(shí)，可以更好的。電容省著用，如何省著用？除了選擇合理的容值組合，對(duì)于部分頻段可能存在的電容數(shù)量過(guò)設(shè)計(jì)，PI仿真派上了用武之地，這也是降成本設(shè)計(jì)的切入點(diǎn)，一起看個(gè)實(shí)際的案例吧。

某客戶的DDR顆粒1.2V電源原始濾波電容配置方案的PDN阻抗仿真結(jié)果如下圖：

藍(lán)色虛線標(biāo)注的是目標(biāo)阻抗0.144Ohm，紅色虛線標(biāo)注的是PDN阻抗最大的反諧振峰值（可以與電容精簡(jiǎn)后的情況做個(gè)對(duì)比），各顆粒處的PDN阻抗如圖中各曲線所示，不難看出，各個(gè)顆粒的PDN阻抗均在要求頻段內(nèi)低于目標(biāo)阻抗，滿足要求且裕量較大，妥妥的PASS。但由于客戶精益求精，希望能精簡(jiǎn)部分電容，客戶的需求就是我們前進(jìn)的動(dòng)力，通過(guò)仿真對(duì)比，我們發(fā)現(xiàn)每個(gè)顆粒減少5個(gè)0402封裝0.1uF的電容對(duì)PDN阻抗的影響不大（如下圖示），曲線依舊妖嬈，依然PASS。

于是我們果斷建議每個(gè)顆粒拿掉5個(gè)0.1uF電容，20個(gè)顆粒就可以減少100個(gè)電容！幸福來(lái)得太突然，客戶有點(diǎn)懵圈，在我們的再三確認(rèn)和慫恿，不，是鼓勵(lì)下，用戶接受了建議。在板子的試產(chǎn)階段，細(xì)心的客戶還對(duì)電容精簡(jiǎn)前后的電源噪聲進(jìn)行了測(cè)試對(duì)比，結(jié)果如下：

電容精簡(jiǎn)后的電源噪聲只增加了不到3mV，仍滿足要求，喜大普奔。

總而言之，花小錢辦大事是我們的目標(biāo)。“容嬤嬤”用的好，能成為皇后娘娘打擊對(duì)手（減小電源噪聲）的得力助手；用的不好，只會(huì)變身挑撥離間的后媽幫兇，橫生枝節(jié)（增加成本，增加被老板罵的機(jī)會(huì)）。

行文至此，這篇文章也差不多該劃上句號(hào)了。借用張愛玲的一句名言，如果各位看官在遇見這篇文章之前因?yàn)槌杀緣毫Χ那楹艿吐浜艿吐洌恢钡偷綁m埃里去，那么希望你們看完文章之后的心是歡喜的，并且在那里開出一朵花來(lái)，這朵花的名字是“省著花”。
編輯：hfy