Блокировочные конденсаторы для Cyclone IV, есть ли готовый пример? Опции

[Pathfinder]

Кто сталкивался с Altera Cyclone IV, может попадался какой референсный дизайн цепей питания для неё?
Пытаюсь с помощью "Power Distribution Network Design Tool" от Altera оптимизировать номиналы и количество блокировочных конденсаторов, но оно требует 6-7 различных номиналов даже для цепей VCCA. Она действительно такая требовательная?

[Pathfinder]

Одна из вещей, которая меня настораживает, заключается вот в чём.
Достаточно ли поставить по одному блокировочному конденсатору рядом с выводами питания, или всё-таки требуется несколько различных номиналов?

С точки зрения оптимизации производственного процесса первый вариант предпочтительнее, поэтому хотелось бы понять, действительно ли есть необходимость во втором.
В схеме "Cyclone IV GX Transceiver Starter Kit Board" от Altera и схеме, приведённой _pv, используется как раз второй подход. Причём все конденсаторы в одной цепи питания имеют разные номиналы, а значит, рядом с некоторыми выводами питания будет стоять только очень маленькая ёмкость, а с некоторыми - только сравнительно большая. По-видимому, предполагается наличие отдельного слоя питания (точнее, отдельной пары питание+земля) для каждой цепи, который обеспечивает низкоимпедансное соединение всех этих конденсаторов. Однако при таком подходе далёкий конденсатор соединяется с выводом микросхемы через четыре переходных отверстия, индуктивность которых заметно выше, чем та, которую обеспечивают слои питания. И в результате вредное влияние переходных отверстий и далёкого расположения может нивелировать пользу от конденсаторов меньшей ёмкости на высоких частотах.

В схемах китов от Terasic такой подход используется только для VCCINT, а для VCCD_PLL и VCCA - используется первый. Впрочем, это может быть потому, что PLL там не используются вообще.

Попробовал проанализировать S параметры для MLCC конденсаторов от Murata, и накопал кое-чего интересного.



Во-первых, выше резонансной частоты конденсаторы 1 uF и 0.1 uF обладают МЕНЬШИМ импедансом, чем конденсаторы меньшей ёмкости.
Во-вторых, польза от дополнительных конденсаторов меньшей ёмкости уменьшается с уменьшением номинала. Добавлять что-то меньше 1 nF, похоже, не имеет смысла.
В-третьих, картинка заметно отличается от той, которая отображается в Altera PDN Tool. Эффект от добавления конденсаторов меньшей ёмкости оказывается заметно слабее.

Вероятно, дело в том, что Altera используют модель конденсатора z=1/(j*w*C)+j*w*ESL+ESR. Но у керамических конденсаторов действительная часть импеданса зависит не только от сопротивления проводящих слоёв, но и от потерь в диэлектрике, которые сильно зависят от частоты. Кроме того, эти потери на высоких частотах уменьшают эквивалентное параллельное сопротивление, которое в этой модели не учитывается вообще.

P.S. кто знает, как масштабирование картинки отключить?

Может быть, это специфика 0603, а у 0402 - всё гораздо лучше?



Нет, всё почти то же самое. Впрочем, небольшие преимущества у 0402 в сравнении с 0603 всё-таки есть:



Правда, это характеристики самих конденсаторов. Нужно ещё учесть их соединения.
0402 как правило удаётся разместить ближе к микросхеме, а контур тока, образовываемый конденсатором со слоями питания и земли, в этом случае меньше, а значит, ниже его индуктивность.
В общем, 0402 для этой цели выглядят гораздо интереснее.

Кстати, NP0 в отношении ESR заметно лучше, чем X7R.



В резонансной области импеданс ниже примерно в 4 раза. Правда, сами резонансные частоты примерно те же самые.