电容这段走线影响这么大？

公众号：高速先生作者：李远恒
一日，来了一个电源仿真项目，雷工像往常一样熟练的打开了PCB文件，先是例行查板。不查不要紧，一查还真有问题，话不多说直接上图：https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-qvj2lq49k0/11d6290dc7e84e8ab16ff036e1469eca~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&x-expires=1672210467&x-signature=U4pBQ6doDMJ71G9YKzsA%2BLHs9mc%3D

定睛一看，这不就是一个普普通通的BGA嘛，能有啥问题，但我要告诉你截图时同时打开了TOP面和BOT面，是不是就发现了问题了，是的，BOT面一个电容也没有，电容全部摆放在BGA的周围，这样的话，小容值的去耦电容由于距离BGA电源pin过孔很远，效果就会减弱甚至是没有，对PDN阻抗的影响会比较大。雷工立马反馈了修改意见，同时也想仿真一下，与理论相结合，仿真结果如下：https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-qvj2lq49k0/6b9bf31ee7ba46ffae16ce88b97ff959~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&x-expires=1672210467&x-signature=oqExUwVqegY93xxKCRmLfMOyvxE%3D

仿真结果与猜想一致，例如1uF这类小电容完全没起作用，故其谐振点并未体现在PDN阻抗曲线上面。Layout工程师很快就将小电容修改到BAG下方，雷工拿到PCB文件再次导入仿真软件进行验证，结果却令人大吃一惊，居然与前仿电容位于BGA管脚下方的结果有较大出入：https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-qvj2lq49k0/64916361037a4337bb7a8fca2755177f~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&x-expires=1672210467&x-signature=RYyIoebwGjg71oVo6jW8O%2B8i1cc%3D

雷工心想，难道是之前仿真出错了？随即查看PCB，看能否找到原因，发现之前仿真的电容位置与实际PCB电容摆放的位置有细微的差异，对比图如下：https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-qvj2lq49k0/a221181a3a5b46568b85bb7a7c47b7d0~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&x-expires=1672210467&x-signature=IcYZHn%2Blk0gRyOZqCPvD5EDfTs0%3D

由于是盲埋孔设计，雷工仿真时直接把焊盘放到了过孔上，实际电容布局却引入了一小段3mil左右的走线，心想难道是这段走线引起的差异？？？https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-qvj2lq49k0/2f2574387a5e42a9bdc3cf4506e18aa4~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&x-expires=1672210467&x-signature=sshFLxJpZd9e%2FtlsqVoYlmonGzY%3D

根据电容频率公式：https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-qvj2lq49k0/6c5542533f0f42e1bb50208978d0d4ae~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&x-expires=1672210467&x-signature=ujXIul6eqpD2ttKJhKMo%2FYyr6kQ%3D

实际电容的谐振频率与电感L(此处L包括电容寄生电感以及回路电感)和容值有关， L越大，则谐振频率越小。结合此处情况，就是电容PIN到过孔走线变长，引起回路电感变大，但这3mil的长度在整个回路当中占比很小，几乎对谐振频率无影响才对，反观上述对比图，明显电容谐振点趋向高频，与该处理论冲突，故雷工就放弃了这个猜想。
电容谐振点阻抗变小，莫非是电容模型的问题？继续检查仿真的工程文件，原来是因为更新导入PCB文件时，没有保留原设置，导致1uF电容变成了理想电容，这样就相当于没有考虑电容本身寄生参数的影响，从而导致结果差异比较大，重新添加正确的电容模型，结果与之前仿真一致，雷工悬着的心终于落了地。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-qvj2lq49k0/baadf544b2d54bad8808835ab5b1e08b~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&x-expires=1672210467&x-signature=%2B%2B7S1f%2FdHpfb9bQJYcuvYOYQSqs%3D

关于理想电容与实际电容可查阅上周高速先生文章孙工有做解释：

性能逆天的这种电容，你见过吗？
同时，雷工继续用仿真软件搭建理想电容与实际电容链路，进行简单的对比验证以加深印象：https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-qvj2lq49k0/0913c8a0655a480392e7e01b20027000~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&x-expires=1672210467&x-signature=eusIhesl10KglHMgMKljSpBzhS8%3D

结果对比图如下：https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-qvj2lq49k0/461a804901bf49b9853d73336c51cb54~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&x-expires=1672210467&x-signature=HgwIK%2BW4sbdx1ZC3kt8zdTXQd6k%3D

仿真结果与理论相吻合。