找回密码
 注册
关于网站域名变更的通知
查看: 303|回复: 2
打印 上一主题 下一主题

电源完整性设计:解决电源噪声问题的主要方法

[复制链接]

该用户从未签到

跳转到指定楼层
1#
发表于 2018-12-26 09:26 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

EDA365欢迎您登录!

您需要 登录 才可以下载或查看,没有帐号?注册

x
电源完整性设计:解决电源噪声问题的主要方法

" M' ]. c+ N: d! }. |1 z
4.电容退耦的两种解释
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。

4 f9 Y7 U/ C# R$ R9 |
对于电容退耦,很多资料中都有涉及,但是阐述的角度不同。有些是从局部电荷存储(即储能)的角度来说明,有些是从电源分配系统的阻抗的角度来说明,还有些资料的说明更为混乱,一会提储能,一会提阻抗,因此很多人在看资料的时候感到有些迷惑。其实,这两种提法,本质上是相同的,只不过看待问题的视角不同而已。为了让大家有个清楚的认识,本文分别介绍一下这两种解释。
( n6 ]) e, z* h# r8 s
4.1 从储能的角度来说明电容退耦原理。
在制作电路板时,通常会在负载芯片周围放置很多电容,这些电容就起到电源退耦作用。其原理可用图1说明。

& V5 ]3 q9 ^, Z- K- z$ l: R+ _  l( N

- [. u. f. H8 K6 d& v9 O4 L1 P
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。根据电容等式:
% C: i5 T8 ?! e1 N  V

* K: n+ l: h, L0 e
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,满足负载瞬态电流的要求。这样就保证了负载芯片电压的变化在容许的范围内。这里,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。

: z  e: y; n. v0 f& z( V
从储能的角度来理解电源退耦,非常直观易懂,但是对电路设计帮助不大。从阻抗的角度理解电容退耦,能让我们设计电路时有章可循。实际上,在决定电源分配系统的去耦电容量的时候,用的就是阻抗的概念。
# _. k; `8 g7 @7 b! J
4.2 从阻抗的角度来理解退耦原理。
将图1中的负载芯片拿掉,如图所示。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。

4 P+ M; j8 t5 V+ e- T6 X" r2 }

9 e4 J$ X: M% R: R9 u+ }5 {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,如图
) q) B3 F2 C# f$ K" K8 f
& \% C; ^1 K( M' ^* Q
对于这个电路可写出如下等式:
! ]7 a4 R1 k1 y/ L8 Z
- Q5 G$ H& t, C, u7 K
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。在图2中,我们是通过去耦电容来达到这一要求的,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。另一方面,从电路原理的角度来说,可得到同样结论。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。
! S$ D& C  t) q/ @: ~1 v
从阻抗的角度理解电容退耦,可以给我们设计电源分配系统带来极大的方便。实际上,电源分配系统设计的最根本的原则就是使阻抗最小。最有效的设计方法就是在这个原则指导下产生的。
6 m3 X* P6 V' Z' ?# \

' T, X  l/ u3 G3 ?# P/ H" d
1 s- z1 r+ Q# H/ _

: Y6 N) R0 O( j9 x' C1 T8 H6 L: A" u

该用户从未签到

2#
发表于 2018-12-26 11:09 | 只看该作者
谢谢分享  感谢楼主
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

本版积分规则

关闭

推荐内容上一条 /1 下一条

EDA365公众号

关于我们|手机版|EDA365电子论坛网 ( 粤ICP备18020198号-1 )

GMT+8, 2025-7-23 15:28 , Processed in 0.109375 second(s), 23 queries , Gzip On.

深圳市墨知创新科技有限公司

地址:深圳市南山区科技生态园2栋A座805 电话:19926409050

快速回复 返回顶部 返回列表