PCB设计误区“电源加磁珠”有何作用

作者：吴均  一博科技高速先生团队队长

承前：从去耦半径出发，通过去耦半径的计算，让大家直观的看到我们常见的电容的“有效范围”问题。

本节：讨论滤波电容的位置与PDN阻抗的关系，提出“全局电容”与“局部电容”的概念。能看到当电容呈现“全局特性”的时候，电容的位置其实没有想象中那么重要。

启后：多层板设计的时候，电容倾向于呈现“全局特性”，“电源加磁珠”的设计方法，会影响电容在全局范围内起作用。同时电源种类太多，还会带来其他设计问题。

通过上一篇文章，我们知道平常“耳熟能详”的电容去耦半径理论，对PCB设计其实没有什么指导意义。0.1uf的电容去耦半径足够大，设计中参考这个值没有用处，工程师还是会“尽量”把0.1uf电容靠近芯片的电源管教放置。PCB设计师需要更有效的理论来指导电容的布局设计。

既然简单的用四分之一波长理论推算的电容去耦半径不起作用，那么电容放置得离芯片电源管脚比较远，还会有哪些影响呢？很多人都答对了，影响安装电感。

在上一个专题的第四篇文章里面，已经讨论过电容安装电感的估算。这一次，我们来更详细的看看安装电感。从图1能看到，安装电感可以简单分为L above和 L below。

图1

在这里引入两个概念：Labove 、Lbelow  (电容和IC下面的电流回路大小不一定一样，但在这里分析的时候，假定大小等同）

总电感：LTotal= 2Labove+Lbelow

Labove包括电容的ESL和Fan out带来的电感，我们会另外专题讨论电容的Fan out问题。至于L below就更多收到电容位置的影响。简单来说，电容离芯片电源管脚越远，L below围成的面积就越大，相应的安装电感就越大。

更具体点，Lbelow主要是两个过孔的自感和互感，当电容的位置离IC器件更近时，如图2所示，Lbelow的互感增大，因互感的作用与自感的作用相反，导致其整体电感减小，充放电速率更快

图2

可以列出一堆公式来推导这个互感乃至L below，但这个不是高速先生的风格。

其实从图1可以简单看出，G和P之间的距离对L below影响很大，G和P之间的距离越近，L below对应的阴影区域面积就越小。而L below越小，也就意味这电容可以放得越远，换句话说，电容的有效滤波范围更大。电容也就更加倾向于呈现“全局”特性。

下一节我们还会通过一个直观的仿真，让大家看到平面距离与安装电感的关系，以及为什么说在新的设计条件下，电容会呈现全局特性。

图3是一个简单的总结，更具体的分析，请听下回分解。

图3

编辑：黄飞