1、 电源系统噪声余量分析
绝大多数芯片都会给出一个正常工作的电压范围，这个值通常是±5%，。老式的稳压芯片的输出电压精度通常是±2.5%，因此电源噪声的峰值幅度不应超过±2.5%。精 度是有条件的，包括负载情况，工作温度等限制，因此要有余量。
电源噪声余量计算
比如芯片正常工作电压范围为3.13V 到3.47V 之间，稳压芯片标称输出3.3V。安装到电路板上后，稳压芯片输出3.36V。那么容许电压变化范围为3.47-3.36=0.11V=110mV。稳压芯片输出精度±1%，即±3.363*1%=±33.6 mV。电源噪声余量为110-33.6=76.4 mV。
2、 电源噪声是如何产生
第一， 稳压电源芯片本身的输出并不是恒定的，会有一定的波纹。
第二，稳压电源无法实时响应负载对于电流需求的快速变化。稳压电源芯片通过感知其
输出电压的变化，调整其输出电流，从而把输出电压调整回额定输出值。 第三，负载瞬态电流在电源路径阻抗和地路径阻抗上产生的压降，，引脚及焊盘本身
也会有寄生电感存在，瞬态电流流经此路径必然产生压降，因此负载芯片电源引脚处的电压会随着瞬态电流的变化而波动，这就是阻抗产生的电源噪声。
3、 电容退耦
采用电容退耦是解决电源噪声问题的主要方法。这种方法对提高瞬态电流的响应速度，降低电源分配系统的阻抗都非常有效。
3.1、从储能的角度来说明电容退耦原理
当负载电流不变时，其电流由稳压电源部分提供，即图中的I0，方向如图所示。此时电容两端电压与负载两端电压一致，电流Ic 为0，电容两端存储相当数量的电荷，其电荷数量和电容量有关。当负载瞬态电流发生变化时，由于负载芯片内部晶体管电平转换速度极快，必须在极短的时间内为负载芯片提供足够的电流。但是稳压电源无法很快响应负载电流的变化，因此，电流I0 不会马上满足负载瞬态电流要求，因此负载芯片电压会降低。但是由于电容电压与负载电压相同，因此电容两端存在电压变化。对于电容来说电压变化必然产生电流，此时电容对负载放电，电流Ic 不再为0，为负载芯片提供电流。只要电容量C 足够大，只需很小的电压变化，电容就可以提供足够大的电流，满足负载态电流的要求。
相当于电容预先存储了一部分电能，在负载需要的时候释放出来，即电容是储能元件。储能电容的存在使负载消耗的能量得到快速补充，因此保证了负载两端电压不至于有太大变
化，此时电容担负的是局部电源的角色。
3.2、从阻抗的角度来理解退耦原理
我们可以用一个等效电源模型表示上面这个复合的电源系统
ΔV=ZΔI
从AB 两点向左看过去，稳压电源以及电容退耦系统一起，可以看成一个复合的电源系统。这个电源系统的特点是：不论AB 两点间负载瞬态电流如何变化，都能保证AB 两点间的电压保持稳定，即AB 两点间电压变化很小。
我们的最终设计目标是，不论AB 两点间负载瞬态电流如何变化，都要保持AB 两点间电压变化范围很小，根据公式2，这个要求等效于电源系统的阻抗Z 要足够低。
因此从等效的角度出发，可以说去耦电容降低了电源系统的阻抗。电容对于交流信号呈现低阻抗特性，因此加入电容，实际上也确实降低了电源系统的交流阻抗。
4、 实际电容的特性
实际的电容器总会存在一些寄生参数，这些寄生参数在低频时表现不明显，但是高频情
况下，其重要性可能会超过容值本身。
等效串联电感（寄生电感）无法消除，只要存在引线，就会有寄生电感。这从磁场能
量变化的角度可以很容易理解，电流发生变化时，磁场能量发生变化，但是不可能发生能量跃变，表现出电感特性。寄生电感会延缓电容电流的变化，电感越大，电容充放电阻抗就越大，反应时间就越长。
自谐振频率点是区分电容是容性还是感性的分界点，高于谐振频率时，“电容不再是电容”，因此退耦作用将下降。
AVX 生产的陶瓷电容不同封装的各项参数值
电容的等效串联电感和生产工艺和封装尺寸有关，通常小封装的电容等效串联电感更低，宽体封装的电容比窄体封装的电容有更低的等效串联电感。
在电路板上会放置一些大的电容，通常是坦电容或电解电容。这类电容有很低的ESL，但是ESR 很高，因此Q 值很低，具有很宽的有效频率范围，非常适合板级电源滤波。
电路的品质因数越高，电感或电容上的电压比外加电压越高。Q 值越高在一定的频偏下电流下降得越快，其谐振曲线越尖锐。也就是说电路的选择性是由电路的品质因素Q 所决定的，Q 值越高选择性越好。
5、电容的安装谐振频率
充分理解电容的自谐振频率和安装谐振频率非常重要，在计算系统参数时，实际使用的
是安装谐振频率，而不是自谐振频率。
电容自身存在寄生电感，从电容到达需要去耦区域的路径上包括焊盘、一小段引出线、过孔、2 厘米长的电源及地平面，这几个部分都存在寄生电感。相比较而言，过孔的寄生电感较大。过孔的直径越大，寄生电感越小。过孔长度越长，电感越大。
过孔寄生电感计算公式：
其中：L 是过孔的寄生电感，单位是nH。h 为过孔的长度，和板厚有关，单位是英寸。d 为过孔的直径，单位是英寸。
安装后电容的谐振频率发生了很大的偏移，使得小电容的高频去耦特性被消弱。在进行电路参数设计时，应以这个安装后的谐振频率计算，因为这才是电容在电路板上的实际表现。安装电感对电容的去耦特性产生很大影响，应尽量减小。
6、局部去耦设计方法
为保证逻辑电路能正常工作，表征电路逻辑状态的电平值必须落在一定范围内。比如
对于3.3V 逻辑，高电平大于2V 为逻辑1，低电平小于0.8V 为逻辑0。
把电容紧邻器件放置，跨接在电源引脚和地引脚之间。正常时，电容充电，存储一部分电荷。这样电路转换所需的瞬态电流不必再由VCC 提供，电容相当于局部小电源。因此电源端和地端的寄生电感被旁路掉了，寄生电感在这一瞬间没有电流流过，因而也不存在感应电压。通常是两个或多个电容并联放置，减小电容本身的串联电感，进而减小电容充放电回路的阻抗。
注意：电容的摆放、安装距离、安装方法、电容选择
7、从电源系统的角度进行去耦设计
从电源系统的角度进行去耦设计。该方法本着这样一个原则：在感兴趣的频率范围内，使整个电源分配系统阻抗最低。
电源去耦注意：电源去耦涉及到很多问题：总的电容量多大才能满足要求？如何确定这个值？选择那些电容值？放多少个电容？选什么材质的电容？电容如何安装到电路板上？电容放置距离有什么要求？
7.1 、Target Impedance（目标阻抗）
其中： DD V 为要进行去耦的电源电压等级，常见的有5V、3.3V、1.8V、1.26V、1.2V 等。Ripple 为允许的电压波动，典型值为2.5%。ΔIMAX 为负载芯片的最大瞬态电流变化量。
该定义可解释为：能满足负载最大瞬态电流供应，且电压变化不超过最大容许波动范围的情况下，电源系统自身阻抗的最大值。 对目标阻抗有两点需要说明：
1 目标阻抗是电源系统的瞬态阻抗，是对快速变化的电流表现出来的一种阻抗特性。 2 目标阻抗和一定宽度的频段有关。在感兴趣的整个频率范围内，电源阻抗都不能超过这个值。
7.2、需要多大的电容量
有两种方法确定所需的电容量
第一种方法利用电源驱动的负载计算电容量。这种方法没有考虑ESL 及ESR 的影响，因此很不精确。
第二种方法就是利用目标阻抗（Target Impedance）来计算总电容量，这是业界通用的方法。
先计算电容量，然后做局部微调，能达到很好的效果，如何进行局部微调。 方法一：利用电源驱动的负载计算电容量
设负载（容性）为30pF，要在2ns 内从0V 驱动到3.3V，瞬态电流为：
如果共有36 个这样的负载需要驱动，则瞬态电流为：36*49.5mA=1.782A。假设容许电压波动为：3.3*2.5%=82.5 mV，所需电容量为C=I*dt/dv=1.782A*2ns/0.0825V=43.2nF。
电容放电给负载提供电流，其本身电压也会下降，但是电压下降的量不能超过82.5 mV（容许的电压波纹），这种计算没什么实际意义。
方法二：利用目标阻抗计算电容量
为了清楚的说明电容量的计算方法，我们用一个例子。要去耦的电源为1.2V，容许电 压波动为2.5%，最大瞬态电流600mA
第一步：计算目标阻抗
第二步：确定稳压电源频率响应范围
和具体使用的电源片子有关，通常在DC 到几百kHz 之间。这里设为DC 到
100kHz。在100kHz 以下时，电源芯片能很好的对瞬态电流做出反应，高于100kHz 时，表现为很高的阻抗，如果没有外加电容，电源波动将超过允许的2.5%。为了在高于100kHz 时仍满足电压波动小于2.5%要求，应该加多大的电容？ 第三步：计算bulk 电容量
当频率处于电容自谐振点以下时，电容的阻抗可近似表示为：
频率f 越高，阻抗越小，频率越低，阻抗越大。在感兴趣的频率范围内，电容的最大阻抗不能超过目标阻抗，因此使用100kHz 计算（电容起作用的频率范围的最低频率，对应电容最高阻抗）。
第四步：计算bulk 电容的最高有效频率
当频率处于电容自谐振点以上时，电容的阻抗可近似表示为：
频率f 越高，阻抗越大，但阻抗不能超过目标阻抗。假设ESL 为5nH，则最高有效频率为：
这样一个大的电容能够让我们把电源阻抗在100kHz 到1.6MHz 之间控制在目标阻抗之下。当频率高于1.6MHz 时，还需要额外的电容来控制电源系统阻抗。
第五步：计算频率高于1.6MHz 时所需电容
如果希望电源系统在500MHz 以下时都能满足电压波动要求，就必须控制电容的寄生电感量。必须满足2π f×Lmax ≤XMAX ，所以有：
假设使用AVX 公司的0402 封装陶瓷电容，寄生电感约为0.4nH，加上安装到电路板上后过孔的寄生电感（本文后面有计算方法）假设为0.6nH，则总的寄生电感为1 nH。为了满足总电感不大于0.16 nH 的要求，我们需要并联的电容个数为：1/0.016=62.5 个，因此需要63 个0402 电容。
电源完整性总结
