图7 一个典型电路示例，显示了具有三个不同电容值和一个小值单个电容的去耦网络。
但是，此原理图示例并非来自使用通孔部件和通孔电容器的旧设计，而是来自 120 MHz 前沿 Cortex M4 微控制器板，全部采用 MLCC 电容器设计和组装。
高频电容器的神话已经延续到这个设计中，因为它在许多其他设计中仍然指定一个小值电容器用作单个电容器和三个不同的值用于更高电流的引脚。
高频电容器和使用三种不同电容器值的神话是许多现代设计中仍然存在的遗留代码。
哪个更好？
那么，哪个更好：三个电容值相差十倍还是三个电容值相同？
不幸的是，只有具有所有元素的准确模型的系统级分析才有机会回答这个问题。
如果规范中的建议是使用三种不同值的电容器，那么编写规范的工程师很有可能从未做过任何分析，而是使用了基于高频电容器神话的 50 年历史的设计指南。随着 20 年前 MLCC 电容器的推出，该建议背后的理由消失了。怀疑 PDN 设计。
在这种情况下，您使用什么可能并不重要。尽管有电容值，您的产品也可能工作，但可能不是因为它们。
当三个具有相同ESL的不同值的电容器并联组合时，在它们的自谐振频率之间会产生两个并联谐振峰。峰值阻抗值与相邻电容器的电容和电感以及电容器的ESR有关。
图 8 显示了三个电容器的三种不同组合的模拟阻抗曲线。一种组合是建议在通孔技术中实现 10、1 和 0.1 uF。第二个是在 MLCC 电容器技术中实现的相同组合。第三种组合都是相同的 10 uF MLCC 电容器。MLCC 电容器的 ESL 为 1 nH。
图 8 三个不同和三个相同 MLCC 电容器的模拟阻抗曲线。
与三个不同值的电容器相比，三个相同大值的电容器值可能会在整个频谱上提供更低的阻抗（并且在中频处没有并联谐振峰值），但这并不意味着它是一个更稳健的解决方案。
最后一个产品可能有效，但您可能不知道该设计有多健壮，或者某些无法追踪、不可重现的故障是否可能是由于过度的开关噪声以及恰到好处的数据模式收敛而导致的并联谐振时的阻抗。
不要误以为三个不同值的电容器是一种稳健的策略，或者三个电容器的值都相同更稳健。如果没有系统级分析，它们都可能同样可接受、同样边缘化或因相同故障而失败。
“测试”质量
如果您不打算进行自己的系统级分析，请计划实施彻底的测试计划，以便您可以找到 PDN 中的薄弱环节并“测试质量”。
完整的测试计划的一部分是为 PDN 中的测试进行设计。例如，使用高带宽感测线表征噪声（不仅在板级，而且在管芯的焊盘上）越好，您就越能够将一种去耦策略与另一种去耦策略进行比较。 图 9 是在 I/O 切换时在芯片电源轨和板级上测得的电压噪声示例。在 5 V 电压轨上，片上电压噪声为 600 mV 峰峰值。板级电压噪声仅为 75 mV 峰峰值。
图9 在芯片上相同的电源轨上测量的电压噪声是通过检测线测量的，在电路板上，两者的标度相同，均为 200 mV/div
无论应用如何，较低的安装回路电感总是有价值的。这就是为什么 MLCC 去耦电容器应始终是放置在板上的第二个组件，因此它们可以以实际最低的安装电感进行布线。
如果在一个引脚上只指定一个电容器，这是许多低电流应用的常见做法，那么在可接受的额定电压下，始终使用允许的最大电容，以实现最小的实际尺寸。如果没有系统级分析，这仍然不能保证产品的稳健性，因此必须制定全面的测试计划。
设计质量：正确的去耦电容策略
使用三种不同值的去耦电容器是基于过时的假设，即小值电容器是“高频”电容器。在我们的 MLCC 电容器时代，这个假设不适用，有什么更好的建议？不幸的是，答案是“视情况而定”。
但是，有一些适用于大多数系统的通用设计指南。
任何 PDN 的目标都是为那些需要它的组件提供直流电压，并为应用提供可接受的噪声水平。用于去耦的 MLCC 电容器只是良好 PDN 策略的一部分。
PDN 设计的基本原则之一是保持阻抗分布，如 IC 的焊盘所见，阻抗平坦且值可接受的低。这意味着通常通过增加更多电容来减少并联谐振峰值，减少环路电感，并通过使用不同的电容值或通过受控的 ESR（这将降低峰值的 q 因子）来塑造阻抗曲线。
这有时会转化为足够的大容量电容，从而降低 VRM 大容量电容器的峰值。在高频端，板级的平坦阻抗分布将有助于抑制片上电容和封装引线电感并联谐振峰值的班迪尼山。
选择电容器值需要进行系统级分析，包括一端的 VRM 和另一端的消耗元件。当您设计所有安装功能以尽可能减少电容器的环路电感时，使用 3D 仿真器和基于测量的建模工具为 PDN 元件开发准确的模型以仿真整个系统总是很有价值的。
VRM 的准确模型以及每个导轨和封装引线电感的片上电容是设计稳健设计的整体分析的一部分。
当存在相当大的封装去耦时，大容量电容器和 MLCC 电容器的低频特性更为重要。当片上电容和封装引线电感占主导地位时，从它们的并联谐振中产生一个大的班迪尼山，从板级 MLCC 电容器产生的平坦阻抗分布中进行阻尼是很重要的。
不幸的是，除了使用受控 ESR 电容器之外，仅三个电容器值的组合不会为 Bandini Mountain 提供板级的任何阻尼。
这只是对真正进入优化的、具有成本效益的解耦策略的一些设计驱动力的一瞥。第一步是识别问题。第二步是确定问题的根本原因，第三步是确定提供可接受噪声的整体 PDN 设计策略，其中优化的解耦策略只是其中的一部分。
当系统的目标阻抗差异超过六个数量级时，从许多物联网应用中的超过 10Ω 到基于大型网络处理器的产品中的小于 10 uOhms，没有一种具有成本效益的策略，而是许多。
但这是一个不同章节的故事。
概括
使用三种不同电容器值的起源是基于使用通孔引线电容器。较小电容值的电容器通常在高频下具有较低的 ESL 和较低的阻抗。对于通孔电容器，使用三种不同的电容器值具有性能优势。
但是对于使用了 20 多年的 MLCC 电容器，这些陈旧的传统设计指南不再适用。
当只指定一个或三个电容器用于去耦时，可能是因为没有对设计进行分析。相反，在上一个设计中起作用的是在下一个设计中推荐的。尽管使用了三个不同的值，并且很有可能，该设计作品在使用所有三个相同的值时同样有效。在这种情况下，您的设计的稳健性是“测试”而不是“设计”。
最好的方法是始终进行自己的分析，包括配电系统的其余部分，以及所有组件的准确模型（如果可用），因为它们正在安装到您的系统中。
如果您的设计指定了三种不同的电容值，您可能会遵循已沿用 20 多年的传统设计指南。可能是时候为您的下一个设计重新考虑该设计指南并进行自己的分析了。
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