鉭電容

前言：想要寫(xiě)出一篇令人眼前一亮的文章嗎？我們特意為您整理了5篇鉭電容范文，相信會(huì)為您的寫(xiě)作帶來(lái)幫助，發(fā)現(xiàn)更多的寫(xiě)作思路和靈感。

鉭電容范文第1篇

開(kāi)關(guān)式電源，微處理器和數(shù)字電路應(yīng)用的一個(gè)共同趨勢(shì)是降低高頻工作時(shí)的噪聲。為了做到這一點(diǎn)，元器件必須具備低ESR(電阻率)、高電容和高可靠性。

鉭電容器陽(yáng)極的總體表面積，特別是其表面積與體積比，是確定其ESR值的關(guān)鍵參數(shù)之一，總表面積越大，ESR值越大。使用多陽(yáng)極是大幅降低鉭電容器ESR值的其中一種方法，其做法是在一個(gè)電容體中使用多個(gè)相同的電極材料。傳統(tǒng)的做法

在高壽命和高可靠性應(yīng)用中，二氧化錳電板極常規(guī)鉭電容器仍然是一個(gè)普遍的選擇。二氧化錳技術(shù)能提供極好的場(chǎng)性能和環(huán)境穩(wěn)定性以及在很寬的電壓范圍如2.5～50V內(nèi)提供高電阻率和熱阻率，器件設(shè)計(jì)的運(yùn)行溫度在125℃以上。然而，與聚合物鉭電容器相比，二氧化錳電極系統(tǒng)較高的ESR是一個(gè)缺點(diǎn)。

陽(yáng)極選擇

單一陽(yáng)極技術(shù)成為標(biāo)準(zhǔn)通用型選擇是由于其出色的性?xún)r(jià)比。多陽(yáng)極設(shè)計(jì)可提供更低的ESR值，但其缺點(diǎn)是生產(chǎn)成本要高于單陽(yáng)極解決方案。

使用標(biāo)準(zhǔn)的芯片集成工藝的槽式陽(yáng)極設(shè)計(jì)是低ESR與低成本折中的一種結(jié)果。因此，槽式設(shè)計(jì)通常用于價(jià)格敏感同時(shí)要求低ESR的設(shè)計(jì)，而多陽(yáng)極技術(shù)適合用于既要求低ESR更要求高可靠性的應(yīng)用中，如電信基礎(chǔ)設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器和軍事/航空航天等應(yīng)用。

除了上述差異，多陽(yáng)極的概念有另兩處優(yōu)勢(shì)。

(1)多陽(yáng)極設(shè)計(jì)具有更好的散熱性能，這意味著多陽(yáng)極電容可以承載更高的持續(xù)電流；同理，多陽(yáng)極電容對(duì)抗電流浪涌危害的能力也更強(qiáng)。

(2)相較于單一的陽(yáng)極，多陽(yáng)極電容的單位容積效率較低，這導(dǎo)致了一種假設(shè)，認(rèn)為多陽(yáng)極不能達(dá)到與單一陽(yáng)極一樣的CV(定電壓因素)。事實(shí)上，薄的陽(yáng)極實(shí)現(xiàn)起來(lái)更容易，并且更易被第二個(gè)二氧化錳電極系統(tǒng)穿透，使更高的CV得以利用，因此，多陽(yáng)極電容器能達(dá)到同樣甚至更高的CV水平。

常見(jiàn)多陽(yáng)極類(lèi)型

當(dāng)今市場(chǎng)上常用的鉭多陽(yáng)極通常采用縱向排列3～5個(gè)陽(yáng)極于一個(gè)電容體內(nèi)的方法實(shí)現(xiàn)，如圖1所示。這實(shí)際是從制造的角度來(lái)看的，如果從ESR的角度，此解決辦法則不如橫向布局，橫向布局中更薄的平板陽(yáng)極有望進(jìn)一步減小ESR。

新的多陽(yáng)極裝置多陽(yáng)極設(shè)計(jì)的費(fèi)用隨其陽(yáng)極個(gè)數(shù)增長(zhǎng)而成倍增長(zhǎng)。目前大多數(shù)設(shè)計(jì)中使用的三陽(yáng)極設(shè)計(jì)已接近成本與ESR的最佳優(yōu)化比。

縱向設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)中，一個(gè)陽(yáng)極通過(guò)電極銀膠環(huán)氧樹(shù)脂連接到第二個(gè)，再到另一個(gè)電極引線(xiàn)框。同樣的做法被使用于標(biāo)準(zhǔn)的單陽(yáng)極電容中，因此其制造技術(shù)與舊有的類(lèi)似，無(wú)須為多陽(yáng)極設(shè)計(jì)的新技術(shù)環(huán)節(jié)追加很多額外投資。

另一方面，橫向設(shè)計(jì)需要為陽(yáng)極之間的連接產(chǎn)生新的解決方法，這直接導(dǎo)致了代價(jià)高昂的技術(shù)修改。因此，迄今為止這種設(shè)計(jì)并沒(méi)有被用于單一多陽(yáng)極電容的批量生產(chǎn)。橫向的設(shè)計(jì)更經(jīng)常使用于一些特殊應(yīng)用中，方式是通過(guò)焊接或跳汰系統(tǒng)，將兩個(gè)或兩個(gè)以上完整的電容器疊加到陣列或模塊中。

橫向和縱向結(jié)構(gòu)兩者ESR性能之間的差異如圖2所示。這個(gè)例子是基于對(duì)D類(lèi)電容器的理論計(jì)算，圖2表明，兩陽(yáng)極橫向結(jié)構(gòu)與三陽(yáng)極系統(tǒng)的縱向結(jié)構(gòu)的ESR值相似。然而，相對(duì)而言橫向結(jié)構(gòu)在ESR上性?xún)r(jià)比優(yōu)勢(shì)更顯著。

相比橫向結(jié)構(gòu)，縱向設(shè)計(jì)在縮減高度上受限制更大，目前的電容器高度一般在3.5～4.5mm。今天，這一因素更顯重要，甚至在有如電信基礎(chǔ)設(shè)施、軍事等應(yīng)用中，電子產(chǎn)品的小型化也正成為一個(gè)考驗(yàn)，這在過(guò)去是不曾有的。

利用兩個(gè)陽(yáng)極橫向“鏡像”結(jié)構(gòu)，研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種新型的多陽(yáng)極結(jié)構(gòu)。鏡像結(jié)構(gòu)使用改良的引線(xiàn)框形狀，引線(xiàn)框定位于兩陽(yáng)極中間。這種結(jié)構(gòu)解決了電極橫向排列的連接問(wèn)題，并使工藝改裝費(fèi)用下降到了可接受的水平。

兩陽(yáng)極鏡像設(shè)計(jì)的ESR性能稍遜色于三陽(yáng)極縱向結(jié)構(gòu)的效果，但它制造起來(lái)更便宜。鏡像設(shè)計(jì)的主要好處在于，它使多陽(yáng)極電容器的高度減小，最低下降到3.1mm。

利用鏡像設(shè)計(jì)的其他優(yōu)點(diǎn)是，其對(duì)稱(chēng)的布局有助于減少自感(ESL)。對(duì)稱(chēng)的結(jié)構(gòu)對(duì)電感回路作了部分補(bǔ)償，有利于將ESL降低至采用經(jīng)典引線(xiàn)框設(shè)計(jì)的方案之下。

一個(gè)D類(lèi)單陽(yáng)極設(shè)計(jì)的ESL值為2.4nH，典型值為2.1nH左右。鏡像設(shè)計(jì)的ESL值約lnH為常規(guī)設(shè)計(jì)的一半。這會(huì)將鏡像多陽(yáng)極的共振頻率升至更高值，如圖3所示。

鏡像結(jié)構(gòu)如果使用更薄的陽(yáng)極，電容將隨頻率下降至更低。鏡像設(shè)計(jì)的共振頻率改變，其原因是目前一般的DC/DC轉(zhuǎn)換器其開(kāi)關(guān)頻率的工作范圍(250～500kH)會(huì)因降低ESL而顯著升高。

鉭電容范文第2篇

1、電容器，顧名思義，是“裝電的容器”，是一種容納電荷的器件，英文名稱(chēng)capacitor，電容是電子設(shè)備中大量使用的電子元件之一，廣泛應(yīng)用于電路中的隔直通交、耦合、旁路、濾波、調(diào)諧回路、能量轉(zhuǎn)換、控制等方面；

2、任何兩個(gè)彼此絕緣且相隔很近的導(dǎo)體間都構(gòu)成一個(gè)電容器；

3、電容的主要物理特征是儲(chǔ)存電荷，由于電荷的儲(chǔ)存意味著能的儲(chǔ)存，因此也可說(shuō)電容器是一個(gè)儲(chǔ)能元件，確切的說(shuō)是儲(chǔ)存電能，兩個(gè)平行的金屬板即構(gòu)成一個(gè)電容器；

鉭電容范文第3篇

關(guān)鍵詞：電力電容器；無(wú)功補(bǔ)償；熔絲

中圖分類(lèi)號(hào)：TM53文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：

前言:變電站高壓電力電容器是無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹饕O(shè)備，相對(duì)于其它高壓設(shè)備，其絕緣較為薄弱，在運(yùn)行中容易發(fā)牛內(nèi)部故障，不僅影響電容器的可用率，而且增加維護(hù)工作量。變電站高壓電力電容器的運(yùn)行可靠性與電容器的質(zhì)量有關(guān)，同時(shí)也與電容器的選型、運(yùn)行狀態(tài)和裝置的設(shè)計(jì)方式密切相關(guān)。

1、電力電容器選用

當(dāng)前投入運(yùn)行的自動(dòng)補(bǔ)償設(shè)備可按裝置阻抗特性分為兩大類(lèi)：固定阻抗型和可變阻抗型。可變阻抗型：如SVC、STATCOM等技術(shù)先進(jìn)、響應(yīng)速度快、補(bǔ)償精度高，但因投資較大，用戶(hù)特別是電力系統(tǒng)外的一般企業(yè)用戶(hù)較少采用。固定阻抗型：如分組電容器自動(dòng)補(bǔ)償裝置隨著自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，裝置性能顯著提高，亦能夠較好地滿(mǎn)足系統(tǒng)電壓無(wú)功自動(dòng)綜合控制的要求，并且簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，得到了用戶(hù)的廣泛認(rèn)可，是目前變電站10kV無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償?shù)闹饕绞剑?20kV、110kV變電站推薦優(yōu)先選用10kV電容器分組電容器自動(dòng)補(bǔ)償裝置。

220kV、110kV變電站無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備優(yōu)先選用框架式電容器組，不用集合式電容器。集合式電容器雖然有著占地空間小、帶電部位外露極少、外殼不帶電等優(yōu)點(diǎn)，但集合式電容器有可能會(huì)因內(nèi)部電容單元擊穿而造成三相電容量不平衡，進(jìn)而導(dǎo)致跳閘，且一旦出現(xiàn)故障，整臺(tái)停運(yùn)，補(bǔ)償容量損失大，在現(xiàn)場(chǎng)不能更換大箱體內(nèi)的故障電容器，需返廠(chǎng)修理，引起的電容器組停運(yùn)時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)系統(tǒng)電壓影響較大。集合式電容器采用的絕緣油品種繁多，給運(yùn)行維護(hù)帶來(lái)很大的不便，補(bǔ)充檢修或滲漏導(dǎo)致的缺油變得非常困難。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，運(yùn)行中的集合式電容器大油箱絕緣擊穿電壓的降低與目前油保護(hù)的方式有很大關(guān)系。集合式電容器普遍使用的是呼吸器，并且是高懸在油枕旁邊，運(yùn)行維護(hù)不方便。因此，從滿(mǎn)足電網(wǎng)安全運(yùn)行的角度看，變電站無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備應(yīng)優(yōu)先選用框架式電容器組。

2、電容器等容分組和不等容分組

自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償把一定容量的電容器分成多組，自動(dòng)跟蹤負(fù)荷的變化投切電容器組數(shù)來(lái)調(diào)整投入電容的容量，盡可能的使無(wú)功隨時(shí)平衡。很顯然分組的多少，投入電容器的容量變化梯度大小影響跟蹤效果。分組越多，容量變化梯度越小跟蹤效果越好，補(bǔ)償精度越高。電容器的分組有等容分組和比容分組兩種。

等容分組就是把一定容量的電容器Q平均分成多組，每組的容量就是電容器的調(diào)整容量變化梯度，大小為Q/n，組數(shù)就是調(diào)整的級(jí)數(shù)。以等容分組5組為例，變化梯度為Q/5，調(diào)整級(jí)數(shù)共5級(jí)，連續(xù)投入和連續(xù)切除如圖（1）所示：

圖（1）

不等容分組是把一定容量的電容器按一定的比例分組，然后各比值容量組合，組合出多級(jí)等梯度可調(diào)變化容量。不等容分組分為等比分組和差比分組兩種。以差比分組3組為例，分組時(shí)比例通常為1:2:4，變化梯度為Q/7，調(diào)整級(jí)數(shù)共7級(jí)，連續(xù)投入和連續(xù)切除如圖（2）所示：投切有間斷。

圖（2）

等容分組和不等容分組的比較：

2.1等容分組的分組數(shù)就是電容器投切的級(jí)數(shù)；比容分組的分組數(shù)通過(guò)組合可以組合出較多的級(jí)數(shù)。

2.2等容分組投切電容器是連續(xù)遞增或連續(xù)遞減，對(duì)電網(wǎng)沖擊小；比容分組投切電容器是不連續(xù)的有間斷，對(duì)電網(wǎng)沖擊大，容易造成電壓波動(dòng)。

2.3 等容分組投切電容器可以循環(huán)投切（先投先切）開(kāi)關(guān)和電容器均衡使用；比容分組投切電容器只能按組合規(guī)律投切，開(kāi)關(guān)和電容器不能均衡使用。

2.4 兩種分組方式相比較，同樣條件下等容分組投切電容器次數(shù)少，比容分組投切電容器次數(shù)多開(kāi)關(guān)動(dòng)較頻繁。

綜上所述，比容分組雖然能用較少的分組獲得較多的投切級(jí)數(shù)，但開(kāi)關(guān)和電容器的故障率遠(yuǎn)高于等容分組的裝置，而且投切電容器時(shí)電壓波動(dòng)大。因此，220kV、110kV變電站優(yōu)先選用電容器等容分組。

3、內(nèi)熔絲與外熔絲

內(nèi)熔絲是內(nèi)熔絲電容器的限流裝置。每一個(gè)電容器元件都串聯(lián)一個(gè)內(nèi)熔絲，當(dāng)任一元件發(fā)生故障引起短路時(shí)，與其串聯(lián)的熔絲動(dòng)作，使此元件瞬間及時(shí)與線(xiàn)路脫離，電容器減少一只元件，其相應(yīng)的電容變化很小，只有1∼2%，可以忽略不計(jì)，并且其它電容器上的過(guò)電壓增量非常小，故不會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成影響。同時(shí)也避免了經(jīng)常更換電容器之苦，降低運(yùn)行和維護(hù)成本。由于電容器內(nèi)部有內(nèi)熔絲隔離層，故不會(huì)發(fā)生內(nèi)熔絲群爆現(xiàn)象。采用內(nèi)熔絲技術(shù)可使電容器單臺(tái)容量做得很大，從而使電容器組更加緊湊，占地面積減小。

內(nèi)熔絲電容器 外熔絲電容器

外熔絲是單臺(tái)電容器內(nèi)部元件短路故障（包括引線(xiàn)對(duì)外殼的短路故障）的保護(hù)器件。一只元件損壞短路整個(gè)并聯(lián)段。由公式I=UωC可知，當(dāng)電容量(C)增大時(shí)，電流(I)隨之增大，直到外熔絲斷開(kāi)，一旦外熔絲斷開(kāi)，電容量損失大。電容器組裝設(shè)外熔絲，從運(yùn)行情況的統(tǒng)計(jì)，外熔絲非常容易被腐蝕，并且很容易誤動(dòng)，質(zhì)量和性能存在不穩(wěn)定的問(wèn)題；新安裝的熔斷器安裝角度和熔絲拉緊度不易控制，受施工質(zhì)量影響較大。而且當(dāng)電容器組每相（臂）的串聯(lián)段數(shù)等于或大于3時(shí)，外熔絲不能可靠保護(hù)內(nèi)部元件故障（包括極對(duì)殼故障）。

綜上所述，220kV、110kV變電站電容器優(yōu)先選用內(nèi)熔絲作為電容器的保護(hù)器件。

4、電容器額定電壓的選擇和運(yùn)行電壓控制

在并聯(lián)電容器裝置設(shè)計(jì)中，正確地選擇電容器的額定電壓十分重要。并聯(lián)電容器額定電壓的安全裕度若取值過(guò)大，就會(huì)出現(xiàn)過(guò)大的容量虧損；額定電壓取值過(guò)小，則容易發(fā)生故障。為達(dá)到經(jīng)濟(jì)和安全運(yùn)行的目的，選擇并聯(lián)電容器額定電壓應(yīng)考慮下列因素：

a)并聯(lián)電容接入電網(wǎng)處的實(shí)際運(yùn)行電壓，盡可能使電容器的額定容量得到充分利用，不應(yīng)過(guò)載運(yùn)行；

b)并聯(lián)電容器在運(yùn)行中承受的長(zhǎng)期工頻過(guò)電壓應(yīng)不大于電容器額定電壓的1.1倍，持續(xù)運(yùn)行電壓不大于電容器額定電壓的1.05倍；

c)接入串聯(lián)電抗器后會(huì)引起并聯(lián)電容器運(yùn)行電壓升高，但不造成對(duì)電容器絕緣的危害。接入串聯(lián)電抗器后，并聯(lián)電容器運(yùn)行電壓按下式計(jì)算：

(1)

式中：為單臺(tái)電容器的運(yùn)行電壓；為并聯(lián)電容器裝置的母線(xiàn)運(yùn)行電壓； S為電容器組每相的串聯(lián)段數(shù)；K為電抗率。

根據(jù)220kV、110kV變電站的運(yùn)行數(shù)據(jù)，10kV母線(xiàn)的運(yùn)行電壓的平均值約為10.5kV，故并聯(lián)電容器裝置的母線(xiàn)運(yùn)行電壓為10.5kV，本工程中電抗率選5%，電容器組每相的串聯(lián)段數(shù)為1，根據(jù)公式(1)，單臺(tái)電容器的運(yùn)行電壓為6.38kV,具體計(jì)算如下：

5、結(jié)語(yǔ)

提高電力電容器運(yùn)行可靠性需要選用品質(zhì)良好的電容器產(chǎn)品，同時(shí)還應(yīng)注意電容器的選型、設(shè)計(jì)、運(yùn)行電壓控制等影響電力電容器安全運(yùn)行的因素，采取有效的預(yù)防措施和方法，以保障電力系統(tǒng)設(shè)備安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

參 考 文 獻(xiàn)：

[1]於益軍，陸杏全．電容器調(diào)節(jié)配電系統(tǒng)電壓[J]．電力系統(tǒng)自動(dòng)化，

2000．24(4)：64―66．

[2]房金蘭．全膜介質(zhì)高壓并聯(lián)電容器在我國(guó)的發(fā)展[J]．電力電容器，2000，(1)．

[3]林俊陸．電力電容器的維護(hù)與運(yùn)行管理 廣東科技2008(22)．

鉭電容范文第4篇

GTX550Ti和GTX560Ti一樣，擁有Ti“鈦”的命名后續(xù)，可知GTX550Ti是繼GTX560Ti之后的又一重要產(chǎn)品。該產(chǎn)品的最大亮點(diǎn)在于低功耗以及高頻率，性能上高于前代猛將GTS250，核心規(guī)格同樣高于前者。GTX550Ti的默認(rèn)頻率高達(dá)900MHz，晶體管頻率已近接近同代A卡的核心頻率，可見(jiàn)NVIDIA在晶體管設(shè)計(jì)上，做了不少優(yōu)化。相對(duì)于前代產(chǎn)品GTS250，G92默認(rèn)頻率為772MHz，差距尤為明顯。

G92只有128個(gè)流處理器單元，而GTX550Ti的單元增加到192個(gè)，規(guī)格上有大幅提升。顯存頻率設(shè)定上，GTX550Ti默認(rèn)設(shè)置為4100MHz，高于GTX460的3600MHz。市場(chǎng)定位上看，GF116是NVIDIA進(jìn)入第二代DX11產(chǎn)品的第三款核心，前者分別是GF110和GF114緊跟其后的是GF116。GF116是取代前核心G92，并且接替第二代DX11產(chǎn)品GTS450。經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的核心在漏電以及功耗控制上都表現(xiàn)出色，而且發(fā)熱量也降低了不少，因此在烤機(jī)時(shí)并不會(huì)出現(xiàn)溫度過(guò)高。

本次PK的兩塊非公版顯卡分別來(lái)自影馳和七彩虹的巔峰之作，它們是影馳的玩家榮耀HOF，以及iGame的“鯊魚(yú)”仿生學(xué)設(shè)計(jì)。兩者均為市面上同類(lèi)產(chǎn)品的佼佼者， 因此筆者把它們拿出來(lái)進(jìn)行比較。

PK前夕的寂靜

影馳名人堂（筆者譯玩家榮耀）Hall of Fame簡(jiǎn)介

名人堂Hall of Fame是影馳最近推出的系列，該產(chǎn)品定位最頂級(jí)的玩家應(yīng)用，面向高端玩家以及極限超頻的用戶(hù)，因此在做工上不惜成本。本著一切皆為性能的理念，該系列的設(shè)計(jì)要求做到各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到極致。

影馳GTX550Ti HOF參數(shù)設(shè)定十分高，核心頻率默認(rèn)達(dá)到1000MHz，已經(jīng)接近GF116芯片設(shè)計(jì)的極限。顯存設(shè)定也達(dá)到了4600MHz，比公版高出12%，為GPU核心提供更高的帶寬。

該顯卡的設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)是追求全方位的突出，因此顯卡無(wú)論在做工、顯存、默認(rèn)頻率、散熱、供電等都做到極致。PCB設(shè)計(jì)上，顯卡較為突出地使用了白色的設(shè)計(jì)，在板卡設(shè)計(jì)上是十分罕見(jiàn)的，也表明了顯卡在內(nèi)涵以及外觀(guān)上都十分突出。

用料以及電路設(shè)計(jì)是顯卡最突出的地方。影馳GTX550Ti HOF在供電設(shè)計(jì)上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了其他同類(lèi)產(chǎn)品。其中顯卡的供電設(shè)計(jì)尤為奢華，采用6+2相夸張?jiān)O(shè)計(jì)，做工上甚至超越公版的頂級(jí)顯卡。每相的設(shè)計(jì)采用3枚超低阻值的MOS管，末端的濾波電容采用了大量的鉭電容以及陶瓷電容。電感器采用頂級(jí)公版卡才使用的R12配件。

iGame 鯊魚(yú)系列簡(jiǎn)介

iGame鯊魚(yú)系列首次出現(xiàn)于七彩虹的iGame GTX460上，該設(shè)計(jì)采用了仿生鯊魚(yú)動(dòng)力學(xué)來(lái)改造顯卡的整體散熱系統(tǒng)，讓其效能達(dá)到一個(gè)新的高度。同時(shí)造型也十分酷炫，吸引了大批追捧的玩家。鯊魚(yú)系列顯卡的兩大亮點(diǎn)，分別在于它的非對(duì)稱(chēng)風(fēng)扇以及鯊魚(yú)呼吸構(gòu)造的散熱器。非對(duì)稱(chēng)的設(shè)計(jì)，可以減少風(fēng)扇在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)切割空氣所產(chǎn)生的噪音，同時(shí)由于扇葉遵循流體力學(xué)設(shè)計(jì)，因此在降低噪音的同時(shí)可以增加15%的送風(fēng)量。

鉭電容范文第5篇

關(guān)鍵詞：電源完整性；高速電路；信號(hào)完整性；HyperLynx

中圖分類(lèi)號(hào)：TN86 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-8412(2016)02-226-04

引言

電子元器件朝著微型化、高集成度、多功能化的方向發(fā)展，其瞬態(tài)切換功率越來(lái)越高，工作電壓越來(lái)越低，噪音裕量變小，相應(yīng)的PCB板整體電路設(shè)計(jì)密度更高，速度更快，對(duì)電源的要求更加苛刻。在設(shè)計(jì)復(fù)雜程度提高的同時(shí)，設(shè)計(jì)整體PCB整體電路時(shí)，勢(shì)必遇到越來(lái)越多影響電源穩(wěn)定性的各種干擾因素，且目前的信號(hào)完整性仿真都是建立在電源系統(tǒng)絕對(duì)穩(wěn)定基礎(chǔ)之上的。所以在互連設(shè)計(jì)時(shí)，進(jìn)行電源完整性分析已成為必然。目前支持仿真的軟件有很多，本文主要利用Mentor公司的HyperLynx進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)。

1電源完整性分析

電源完整性分析的主要目標(biāo)就是能夠給芯片電路提供干凈的電源，消除電源噪聲對(duì)芯片輸出信號(hào)的影響。電源噪聲對(duì)芯片的影響，會(huì)引起輸出信號(hào)的邏輯錯(cuò)誤或者產(chǎn)生時(shí)序問(wèn)題。此外，電源地網(wǎng)絡(luò)和信號(hào)網(wǎng)絡(luò)不是獨(dú)立的，而是緊緊耦合在一起的。所以電源地的噪聲還會(huì)通過(guò)耦合影響信號(hào)線(xiàn)，或者輻射到外面，會(huì)產(chǎn)生EMI、EMC的問(wèn)題等等[1]。一個(gè)電源供給系統(tǒng)（PDS）由電壓調(diào)整器VRM、BULK電容、高頻退耦電容、電源地平面四個(gè)對(duì)象構(gòu)成[2]。一個(gè)理想的電源系統(tǒng)其等效阻抗應(yīng)該為零，即在平面任何地方的電位應(yīng)該保持穩(wěn)定不變的，但是在實(shí)際運(yùn)用中存在很大的噪聲干擾，甚至有可能影響系統(tǒng)的正常工作。因此電源完整性分析的核心就是設(shè)計(jì)整個(gè)電源供給網(wǎng)絡(luò)或者其中的一部分，在感興趣的頻率范圍內(nèi)降低整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的阻抗，使得電源地網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的噪聲最小，而電源地網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)一個(gè)主要參數(shù)就是目標(biāo)阻抗，它的定義為：其中Power_Supply_Voltage為電源網(wǎng)絡(luò)的供電電壓，Allowed_Ripple為該網(wǎng)絡(luò)允許的最大紋波，Current為通過(guò)的電流值。當(dāng)前解決電源完整性首先要合理設(shè)計(jì)PCB疊層，在電源層和地層大面積鋪銅，提供低阻抗的路徑。對(duì)于由于芯片本身內(nèi)部引起的電源問(wèn)題最有效的途徑就是合理的布置去耦電容[3]。因此解決電源完整性問(wèn)題的關(guān)鍵應(yīng)該是選擇合適的電容、在合理的位置擺放這些電容，使PDS阻抗在系統(tǒng)的工作頻率范圍內(nèi)小于目標(biāo)阻抗。

2仿真分析流程

2.1系統(tǒng)簡(jiǎn)介

以目前設(shè)計(jì)的一高速采集系統(tǒng)為例來(lái)詳細(xì)闡述仿真分析的流程。該系統(tǒng)采用高速ADC、高端FPGA以及高速光纖模塊為硬件平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集傳輸。系統(tǒng)功能框圖如圖1所示。

2.2電源完整性仿真

運(yùn)用HyperLynx內(nèi)嵌的功能模塊PI來(lái)進(jìn)行電源完整性仿真[4]。PI模塊仿真方式分為集總參數(shù)仿真和分布參數(shù)仿真。集總參數(shù)仿真即把整個(gè)電源平面看成一個(gè)集成點(diǎn)，而分布參數(shù)仿真采用頻點(diǎn)掃描，可選擇要仿真的管腳，看管腳之間的交互影響。一般我們?cè)谶M(jìn)行電源Net仿真時(shí)，選擇集總參數(shù)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行阻抗分析更加有效。集總參數(shù)仿真也可導(dǎo)出到預(yù)分析環(huán)境中進(jìn)行增減電容，替換電容，改變安裝方式，改變疊層等What-If分析方法來(lái)進(jìn)行該供電網(wǎng)絡(luò)的PCB優(yōu)化設(shè)計(jì)。首先設(shè)置板級(jí)的分析數(shù)據(jù)庫(kù)，將PCB板圖設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)直接讀入，確定板材材料，明確PCB疊層關(guān)系，設(shè)置各電源網(wǎng)絡(luò)的直流電壓，導(dǎo)入去耦電容模型或設(shè)置去耦電容參數(shù)包括ESR和ESL。根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定電源平面的噪聲容限，一般按照電源網(wǎng)絡(luò)的5%來(lái)定義，最大動(dòng)態(tài)電流一般按照芯片工作最大電流的50%來(lái)計(jì)算要仿真的電源網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)阻抗。先對(duì)FPGA中關(guān)鍵的內(nèi)核電壓進(jìn)行仿真。通常用鉭電容來(lái)進(jìn)行板級(jí)低頻段去耦，可以用幾個(gè)或多個(gè)電容并聯(lián)以減小等效串聯(lián)電感。在高頻段，把去耦的頻率范圍分成3到4個(gè)頻段。在本系統(tǒng)中FPGA實(shí)際工作頻率為300MHz，在低頻段選擇多個(gè)470uf的鉭電容并聯(lián)，然后高頻段要考慮利用多個(gè)陶瓷小電容并聯(lián)簡(jiǎn)單有效的減小阻抗，同時(shí)容值間隔不能太大，要有效控制反諧振點(diǎn)阻抗的幅度。通過(guò)計(jì)算，我們可以選擇2.2uf和0.1uf的電容組合為該電源網(wǎng)絡(luò)高頻段進(jìn)行去耦設(shè)計(jì)。圖2為FPGA內(nèi)核電壓網(wǎng)絡(luò)頻率—目標(biāo)阻抗曲線(xiàn)圖，從圖中可以在為300MHz時(shí)，最大的阻抗為0.071124，即紋波電壓最大為71mv。在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)允許阻抗在目標(biāo)阻抗線(xiàn)上一點(diǎn)，因?yàn)榉抡娴臅r(shí)候沒(méi)有考慮芯片本身內(nèi)部的濾波設(shè)計(jì)。因此可以看出電容設(shè)計(jì)基本上是可以滿(mǎn)足阻抗設(shè)計(jì)要求的。同時(shí)還可對(duì)電源平面可進(jìn)行壓降和電流密度的仿真，防止器件出現(xiàn)失效過(guò)大的電壓降，導(dǎo)致器件邏輯出錯(cuò)；或因過(guò)高的電流密度導(dǎo)致PCB損壞。從圖3可以看出，該電源網(wǎng)絡(luò)最大壓降為0.4mv，表層最高電流密度為14.7A/mm2，是能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的。

2.3信號(hào)完整性仿真

根據(jù)上一章節(jié)對(duì)電源完整性仿真的結(jié)果，同時(shí)可以對(duì)主要網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)完整性進(jìn)行仿真，從而更直接的驗(yàn)證電源完整性設(shè)計(jì)的合理性。對(duì)于本系統(tǒng)電路來(lái)說(shuō)，由于要實(shí)現(xiàn)帶寬400MHz的中頻采樣，后期傳輸速率很大，因此要著重關(guān)注光纖數(shù)據(jù)的傳輸。選取其中一對(duì)光纖輸出差分線(xiàn)，導(dǎo)入到前仿真中，然后提取過(guò)孔的S參數(shù)模型，如圖4所示。圖5為傳輸速度為8Gbps的數(shù)據(jù)傳輸眼圖仿真結(jié)果，眼圖過(guò)渡良好，眼部充分張開(kāi)，說(shuō)明接收器側(cè)的FPGA可以輕松地解讀數(shù)據(jù)，能夠很好的實(shí)現(xiàn)8Gbps的數(shù)據(jù)傳輸。

3實(shí)際測(cè)試結(jié)果

在本系統(tǒng)實(shí)際測(cè)試中，運(yùn)用光纜實(shí)現(xiàn)測(cè)試數(shù)據(jù)自回環(huán)，通過(guò)計(jì)算機(jī)端的FPGA邏輯分析軟件Vivado來(lái)觀(guān)察光模塊的工作狀態(tài)。測(cè)試結(jié)果如圖6所示，可以看出光模塊可以很好的實(shí)現(xiàn)8Gsps的數(shù)據(jù)傳輸，無(wú)誤碼出現(xiàn)。

4結(jié)束語(yǔ)

本文簡(jiǎn)要的介紹了利用電路仿真工具進(jìn)行電源完整性以及信號(hào)完整性仿真的方法和流程，并結(jié)合項(xiàng)目中的電路設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。實(shí)踐證明：通過(guò)軟件對(duì)電路PCB板進(jìn)行電源完整性以及關(guān)鍵信號(hào)線(xiàn)進(jìn)行仿真，可以有效的縮短設(shè)計(jì)的周期，降低設(shè)計(jì)的難度，提高設(shè)計(jì)的可靠性。

參考文獻(xiàn)

高性能PCB的SI/PI和EMI/EMC仿真設(shè)計(jì)Ansoft培訓(xùn)手冊(cè).

申偉,唐萬(wàn)明,王楊.高速PCB的電源完整性分析[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2009,311(24):213-218.

(美)伯格丁(Bogatin,E.)著.李玉山等譯.信號(hào)完整性分析[M].北京:電子工業(yè)出版社,2005.

張海風(fēng)等編著.HyperLynx仿真與PCB設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005.堵軍,高輝,