通过直流电源供电网络（PDN）的阻抗分析，来确定滤波电容设计方案，目标是通过使用埋容，能减少板子上大约70%的分立电容。同时由于反谐振点的存在，我们通过同步开关噪声（SSN）仿真分析，来排除反谐振点对直流电源噪声的影响。最后通过实际直流电源纹波和噪声测试 ，来验证和优化埋容的设计和仿真。（文末有福利免费领）

1. 引 言
低电压大电流成为当今直流电源设计的趋势，直流电源供电网络（PDN）的性能越来越被设计工程师重视。而随着消费类电子 产品功能的提升，在有限的板子面积上需要放置的器件也越来越多，留给电容的空间也越来越少。在这种形势下，埋容设计就是有效的提升PDN设计的手段之一。

埋电容是利用具有较高电容密度的材料，同时减少层间的距离，来形成一个足够大的平板间电容，作为直流电源供电系统的一部分，实现去耦 和滤波作用，从而减少板子上所需的分立电容，并且能达到更好的高频滤波特性。埋容由于其寄生电感非常小，能有效减少分立电容的安装电感，从而对低频也有非常明显的改善效应。
埋容带来的其他好处还有：
    ● 通过减少电容数量，来降低贴片 焊接 的难度
    ● 提升产品可靠性，避免小尺寸的分立器件带来的可靠性问题
    ● 减小单板面积，实现轻薄短小

2． 技术方案和实现方法
由于工艺和技术的成熟，以及高速设计对于直流电源供电系统的需要，埋容的技术应用 越来越多，使用埋容技术，我们首先得计算平板电容的大小，公式如下：

C =(A*D_k*K)/H
图一 平板电容计算公式
其中：
     ● C是埋容（平板电容）的电容量
     ● A是平板的面积，大部分设计在结构确定的情况下，平板间面积很难增大
     ● D_k是平板间介质的介电常数，平板间电容量和介电常数成正比
     ● K是真空介电常数 （Vacuum permitti vity），又称真空电容率，是一个物理常数，值为8.854 187 818× 10-12法拉/米(F/m)；
     ●  H是平面之间的厚度，平板间电容量和厚度成反比，所以我们想要得到较大的电容量，需要减小层间厚度，3M的C-ply埋容材料可以做到0.56mil的层间介质厚度，加上16的介电常数，大大增加了平板间电容量。
     
经过计算，3M的C-ply埋容材料，在每平方英寸的面积上，能实现6.42nF的平板间电容量。
     
一个良好的层叠，正常情况下已经考虑了平板间电容，所谓埋容设计只是采用特殊的材料来加大这个平板间电容。对于PCB设计 来说，只需要在正常层叠之外，把使用的特殊材料标注出来，如图二所示，是一个使用ZBC材料来进行埋容设计的例子。

   图二 埋容设计案例

2.1埋容材料选择
常见的埋容材料提供商有美国3M公司，日本OAK，Neclo也提供ZBC系列的埋容材料，不过由于在介质厚度和介电常数上都没有明显优势，更多会在大型通信 板子上采用，来提升直流电源地之间的耦合。消费类产品会更多采用3M和OAK的材料，埋容的效果更好。下面是各家材料的一些参数：


3M C-Ply
 图三 常见埋容材料参数

注：选择埋容材料的时候，还需要关心价格，可加工性等因素，尤其是3M和OAK的材料，介质厚度比较薄，加工的时候需要两面单独蚀刻，复杂的加工工序会带来难度和成本的增加。

2.2埋容与PDN仿真
埋容的PCB 设计绝不仅仅只是把加工的要求传递给板厂，还需要使用PI仿真工具进行PDN目标阻抗的仿真，从而确定单板的电容设计方案，避免埋容和分立电容的冗余设计。图四是一个埋容的PCB设计的PI仿真结果，只考虑板间电容的效果，没有加入分立电容的效应。能看到只是增加埋容，整个直流电源阻抗曲线性能得到很大提升，尤其是500MHZ以上，是板级分立滤波电容很难起作用的频段，平板电容能有效降低直流电源平面阻抗。

图四 埋容对于PI的效果

也就是说，埋容作为PDN的一部分，能起到相当的作用，但是绝对不是全部。如图五所示，埋容的平板间电容和必要的Bulk电容，Bypass电容一起综合作用，构成了板级PDN元素。再和VRM，Package内电容，Die内电容等一起组成完整的PDN系统，完成直流电源供电。

图五 PDN以及频率 范围

所以，针对埋容的PCB设计所进行的仿真，需要解决以下问题：
   ●  单纯只按照所需电容量进行设计是不够的：平板间电容量计算，这是很多人第一步关心的事情，按照公式计算看起来没什么难度，但是平板间面积由于打孔以及不规则平面等因素变得比较复杂
   ●  根据实际的平板情况（考虑了打孔以及不规则平面等因素）进行仿真，得到平板间的阻抗曲线
   ●  加上VRM、Bulk电容、Bypass 电容、平板间电容一起得到板级综合的PDN阻抗曲线
   ●  根据PDN目标阻抗曲线，估算时域直流电源噪声