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標題: 電源降噪這樣做，你get到了嗎？ [打印本頁]

作者: 51黑電子愛好者 時間: 2016-4-11 17:26
標題: 電源降噪這樣做，你get到了嗎？
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可以等效為圖1所示，把電源系統分為電源模塊和去耦電容兩部分。

圖1 PDN儲能等效電路

1、負載電流穩定

穩態情況下，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量的電荷，與電容量和兩端的電壓有關。

2、負載電流變化

當負載電流發生瞬間變化時，負載芯片內部的晶體管電平轉換速度極快，必須在極短的時間內為負載芯片提供足夠的電流。但是穩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，變化的電壓就會產生電流，根據電容上電壓和電流的關系可得：

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，能夠得到設計去耦電容網絡的實用方法，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，僅觀察供電系統本身，如圖2所示。

圖2 PDN阻抗等效電路

從AB兩點向左看，穩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。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電流如何變化，都能保證AB兩點間的電壓保持穩定，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，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：

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

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

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