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電源降噪這樣做,你get到了嗎?

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樓主
ID:113517 發(fā)表于 2016-4-11 17:26 | 只看該作者 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
摘要

電源給電路帶來的紋波噪聲一直是困擾工程師們的一個問題,為了使電源輸出的紋波電壓盡可能的小,我們該怎么辦呢?

為了使電源輸出的紋波電壓盡可能的小,通常會在電源的輸出端并聯(lián)一些電容,這些電容稱為去耦電容,去耦電容是目前解決電源噪聲的主要方法,下面從儲能和阻抗的角度來介紹去耦電容減小電源噪聲的原理。


一、儲能角度

帶有去耦電容的供電系統(tǒng)可以等效為圖1所示,把電源系統(tǒng)分為電源模塊和去耦電容兩部分。


圖1 PDN儲能等效電路

1、負載電流穩(wěn)定

穩(wěn)態(tài)情況下,負載芯片兩端的電壓是恒定的,因而電容兩端的電壓也是恒定的,流經(jīng)電容的電流IC為0,負載電流I0由電源模塊提供,此時的電容兩端儲存了相當數(shù)量的電荷,與電容量和兩端的電壓有關(guān)。

2、負載電流變化

當負載電流發(fā)生瞬間變化時,負載芯片內(nèi)部的晶體管電平轉(zhuǎn)換速度極快,必須在極短的時間內(nèi)為負載芯片提供足夠的電流。但是穩(wěn)壓電源無法很快響應負載電流的變化,電流I0不會馬上變化滿足負載瞬態(tài)電流的要求,因此負載芯片感受到的電壓會降低。對于電容來說,變化的電壓就會產(chǎn)生電流,根據(jù)電容上電壓和電流的關(guān)系可得:



從上式可知,只要電容的容量C足夠大,那么只需要很小的電壓波動就能滿足負載芯片的電流要求,這樣就保證了負載芯片的電壓變化在容許的范圍內(nèi)儲能電容的存在使負載消耗的能量得到快速補充,因此保證了負載兩端電壓不會出現(xiàn)太大的波動,此時電容擔負的是局部電源的作用。

二、阻抗角度

從阻抗的角度理解去耦電容的作用,能夠得到設(shè)計去耦電容網(wǎng)絡的實用方法,讓我們在配置去耦電容的時候有章可循。

在圖1中去掉負載芯片,僅觀察供電系統(tǒng)本身,如圖2所示。

圖2 PDN阻抗等效電路

從AB兩點向左看,穩(wěn)壓電源和去耦電容組合在一起,可以看成是一個復合的電源系統(tǒng)。那么對這個復合電源的要求是:不論AB兩點間的負載的瞬態(tài)電流如何變化,都能保證AB兩點間的電壓保持穩(wěn)定,即AB兩點間的電壓紋波很小。

我們可以用等效電源模型表示上面復合的電源系統(tǒng),如圖3所示。

圖3 PDN等效電源模型

對于這個模型可得出如下等式:



設(shè)計目標是:不論AB間的瞬態(tài)電流如何變化,都要保持AB兩點間的電壓波動很小,那么由上式可知,電源系統(tǒng)的阻抗Z要足夠小。在圖2中,電源模塊和去耦電容是并聯(lián)關(guān)系,由于變化的瞬態(tài)電流具有交流特性,去耦電容表現(xiàn)出低阻抗。因此從特效的角度出發(fā),可以說去耦電容降低了復合電源系統(tǒng)的阻抗。

實際上,電源分配系統(tǒng)PDN設(shè)計的最根本的原則就是使電源系統(tǒng)的阻抗不能超過某一要求的值,即目標阻抗的設(shè)計方法。

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