为了改善这种给轨迹的PDN效果,你可以把一些高频电容放置在第一层,同时把中频和bulk电容还是放在原来的位置上即底层。这种电路设计对PDN是截止的解决方法,因为高频电容是在截止频率以下作为第一响应的电容。电容的效果依赖于总的回路电感(电容的安装电感+传播电感+BGA孔的电感)与FPGA。你可以把高频电容放在第一层并离FPGA稍微远一点点的地方。电容放在FPGA breakout区域外的传播电感是0.2nH。相对于原来放置在底层的方法,这种新的放置方法还是有益的,因为总的回路电感
(0.57nH+0.2nH+0.05nH=0.82nH)比放置在底层的时候的总电感要小。
PCB板的传播电感是与设计是相关,电源和地平面间的介质中它是均匀存在的。3mil厚度或者更薄的厚度是最佳的减小平面传播电感的设计。你可以根据如下的设计指导来提升PDN的性能。
如下的是关于顺序重要性的设计指导,从第一层到底层—在第一层的设计指导是最重要的。
■减小电源和地层间电介质厚度。当设计板子的叠层时,确定电源、层和其他的层。举一个例子,如叠层PWR1 - GND1 - SIG1 - SIG2- GND2 - PWR2要优于PWR1 - SIG1 - GND1 - SIG2 - GND2 - PWR2这种叠层。
第二种情况的结果是没有对电源和地之间的距离优化的设计。这样的设置会导致大电容传播电感在PWR1/GND1之间比在PWR2/GND2之间的电感大。你可以在电源和地平面之间找到一种典型的3mil的电介质厚度而不增加额外的成本。对于额外的性能改善,考虑比3mil更薄的电介质厚度。但是,这会导致PCB的成本上升。
■当选定电容的时候,选择多个电容值,而不是选择一个相同值的大电容来达到目标阻抗。在PDN中,阻抗的峰值是由谐振反应形成的。高ESR在谐振频率点能抑制谐振,因此减少阻抗峰值的高度。在电容的谐振频率处和阻抗峰值处,用一些电容值相同的电容能截止的减少ESR。在一个很宽的频率范围内,选择多种电容值的电容种类,能维持一个相对高的ESR。
■选择放置高频电容的位置,以减少整个回路电感。整个电感是由电容的ESL、安装电感、传播电感和BGA的过孔电感组成的。在放置电容时优先放置高频电容,其次是中频和低频电容。
■当在分割平面时,确保平面的形状成适当的方形。避免狭长的平面形状,因为这样做会限制电流的大小和增加平面的传播电感。
■中频和低频的电容对于如何放置没有那么的敏感。可以把他们放在离FPGA稍微远一点的地方。
权衡多路设计的情况
在一块有多路外设的PCB板上,你的设计就不能再共享一个供电电源。这也许需要你通过你的设计去执行DDR的电源接口,联合各种I/O口的电源轨迹,或者联合各种接收端的电源轨迹以减少PCB的BOM成本和PCB的布局复杂度。