中兴通讯股份有限公司天津分公司 穆远祥
对于硬件电路设计，一般认为PDN（Power Distribution Network）上添加的去耦电容越多则电源质量越好，因此器件厂商一般也会要求在器件电源引脚添加很多去耦电容，导致去耦电容过设计现象比较严重，过量使用去耦电容会带来无意义的成本开销、布局布线困难、单板生产直通率低等问题。针对此问题，本文对业界的去耦电容量化方法进行总结研究，并对其去耦设计工具进行个性化改进设计，总结出一套去耦电容设计方法，为去耦电容设计提供参考。
1 去耦电容使用原理
1.1 电源噪声产生原因
众所周知，电源系统噪声原因主要有三个方面：（1）稳压芯片输出不恒定，如开关电源的频繁开断导致输出电源纹波过大，此纹波大小主要取决于对稳压芯片的设计；（2）稳压芯片对负载电流瞬变不能实时响应。对于大多数稳压芯片，对输出电压的瞬态响应最高频率为几百KHz的水平，当负载瞬态变化超出此频率时，稳压芯片无法跟踪，从而产生电源噪声，对此噪声抑制的常用方法就是加去偶电容；（3）由于电源回路存在阻抗，负载瞬态电流在供电回路上产生压降，从而出现电源噪声，此噪声主要靠良好的PCB叠层、布局布线来优化。1.2 去耦电容量化设计思想
使用去耦电容是减小电源噪声的主要方法，可有效提高瞬态电流的响应速度，降低电源系统的阻抗。下面对去偶电容设计中用到的目标阻抗概念进行简单阐述。
目标阻抗是电源系统的瞬态阻抗，是对快速变化的电流（动态电流）表现出来的一种阻抗特性，具体计算公式是电源允许的纹波（电压乘百分比纹波）与动态电流之比。
（公式1）
这里将电源噪声与目标阻抗形象地用欧姆定律结合起来，在工作频率范围内电源分配网络的阻抗必须低于目标阻抗，否则就会产生过大的电源噪声，影响系统正常工作。在实际应用过程中动态电流可能只在某些频率点才会达到最大值，但是具体在哪些频点达到最大值难以估计。因此在设计过程中一般采用比较保守的计算方法，取最大的动态电流来计算出一个最小的目标阻抗，要求工作频率范围内各个频率点的阻抗都要小于目标阻抗值。如图1所示。
图2 去耦电容设计工具界面
图1 目标阻抗（水平直线）与设计阻抗（曲线）
下面以此去耦电容设计工具为例，对去耦电容设计步骤进行说明。去耦电容设计分为前期信息收集和去耦电容计算两个阶段。2.1 信息收集
（1）查找器件手册了解器件各个电源的最大工作范围，并计算其最大动态电流。根据业界做法，一般芯片取最大电流的50%作为最大动态电流；对于存储器的IO电源，由于存储器读写比较频繁，一般取最大工作电流的60％作为最大动态电流。
（2）查找待分析电源网络的纹波要求。纹波一般以工作电压的百分比（如<5%）或一个绝对值（如<50mV）两种形式表现。
（3）根据公式1计算待分析电源网络的目标阻抗。
（4）确定目标频率，如业界做法：IO电源目标频率按150MHz计算；Core电源考虑芯片内部存在高频去耦电容，因此目标频率按
（下转第22页）
2 去耦电容计算方法及实践
去耦计算工具可以参考Altera的PDN设计工具，根据个人需要进行丰富修改，如丰富去耦电容器件库，修改器件寄生参数和安装参数等。本文对Altera的PDN设计工具进行了个性化修改，如图2所示。• 19 •
ELECTRONICS WORLD・探索与观察3.3 电容放电时间
电容C1两端的电压由：所需要的时间记为压：
又因为：
；所以
放电到
；因为RC电容放电；电容两端的电
，求得最终温度值。
本系统电路具有双线性化采样模块，需要进行双计数，因此也需要双整定（自学习）过程，即在25度时，调节充放电参数，使的
、都等于25度，从而进一步提高采样精度。4.2 软件设计思想
（1）对二个模块所产生的周期信号进行计数（双计数）；（2）双整定，可以用软件来实现自学习过程，确定二个系数和；
（3）线性补偿，按上述线性补偿算法进行补偿计算；（4）显示结果（数码管动态显示）。
所以：
（3-2）
电容充放电的总时间
即上述线性化采样电路电容充放电的总时间与成正比，当然也与成正比，所以NTC采集的摄氏温度与上述线性化采样电路电容充放电的总时间成正比；我们可以很方便的计算线性化采样电路电容充放电的总时间，经过整定就可以求得NTC的温度采样值，其数值显然是线性的。5.结束语
我们每天，每个人都会关心自己的体温和天气温度，每天采集温度参数成为我们每个人每天的习惯，人们的日常生活、生产以及各级各类的产品中都离不开温度参数的测量；我们采用硬件电路较好地解决了NTC温度采样的非线性化问题，提高了温度采样的精度，其理论相对误差约为：；完全满足我们日常生活和工4.NTC温度线性化采样系统实现
4.1 电路设计思想
以线性化采样电路参考图2为主模块，该模块是以零度为基准，采集当前温度与零度的差，测得；以同样的方式设置一个线性化采样电路，将原模块中的，该模块则是以50度为基准，采集当前温度与50度的差，测得；经补偿算法：
业生产对温度采集的要求，大大扩展了NTC的应用范围，可以说是一款能与数字温度传感器相媲美的新型模拟温度传感器。
作者简介：周翔（1997—），男，汉族，江苏盐城人，大学本科，研究方向：电路系统的分析、仿真与控制。
（上接第18页）
系统研制中对文法的处理方法：微计算机应用，1997；陈冬火，基于递归的方法在形式文法教学中的作用：福建电脑，2014），4种文法类型的定义是逐渐增加限制的，，示意图如图1所示。4 总结
0型文法、1型文法、2型文法、3型文法的定义是在前一类型文法定义上逐渐增加限制条件，每一种正规文法都是与上下文无关的语法，而与上下文无关的文法都是与上下文有关的，与上下文有关
图1 文法关系示意图
的文法都为0型文法。
作者简介：王欣（1998—），女，汉族，辽宁大连人，本科在读，研究方向：计算机科学与技术。
3 文法关系介绍
4种文法之间的关系为包含关系（饶文碧，彭建萍，编译原理CAI（上接第19页）
80MHz计算。
（5）了解VRM的ESR和ESL参数。2.2 去耦电容计算
（1）设定目标阻抗和目标频率，将前面得到的目标阻抗和目标频率填到去耦设计工具相应位置；
（2）在封装为PCB行，设置数量为0，表示暂不考虑PCB电源地平面对的影响；在封装为VRM行，输入VRM的ESR和ESL；
（3）在封装列选择电容封装，如“0402”或“0603”；
（4）在配置电容数量时，输入所用该规格电容的数量，输入0表示该规格电容未使用；
（5）上述参数输入完成后会在图2下方的阻抗曲线区域自动生
成所配置电源网络的等效阻抗曲线，在关心的频率范围内等效阻抗Zeff曲线应该在目标阻抗线Ztarget以下。
3 结论
本文首先对单板PDN噪声产生原因进行了简要介绍，之后对去耦电容的设计原理进行的研究分析，最后对行业内有代表性的Altera PDN设计工具进行优化改进，设计了符合个人使用需求的去耦电容量化工具，并对其使用方法进行了阐述，为电源去耦量化设计提供参考。作者简介：穆远祥（1980—），男，黑龙江人，硕士，工程师，研究方向：通信硬件系统设计。
• 22 •
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容