談談電源去耦
這一講,我們先就大家對電源設計中的去耦問題的疑問作統一的解答,希望看過之后能對你能有所幫助!
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/175206.htm談到DC-DC轉換 (及抗噪),探討的問題一般涉及各種器件,如采用各種系統結構的線性穩(wěn)壓器和開關穩(wěn)壓器 (我們以前已經討論過了)。設計工程師必須注意這些器件的性能特性,如負載和線路調整、電噪聲、開關噪聲、輸入與輸出驅動、有效功率以及熱量管理。但就所有這些設計問題的核心而言,DC-DC轉換最基本的定義就是通過零輸出阻抗和無噪聲電路,將DC電壓轉換為另一種DC電壓 (即使是相同電壓) ! 。如果您設計的每一種集成電路中,每個電源引腳連接無噪聲、0 Ω 輸出阻抗DC-DC轉換器,電路不會出現電源導致性能下降的現象,達到極為出色的效果。因此,必須了解能夠達到這樣性能水平的無本底噪聲DC-DC轉換器!
圖1. “LC” DC-DC轉換器去耦網絡
如圖1所示“LC”網絡。這是一種帶噪聲抑制功能的最基本DC-DC轉換器。簡單來說,在盡可能靠近加電器件處放置一支電容C1,將其連接“LC”網絡輸入電源的同一地線,即可構成理想的0 Ω輸出阻抗無噪聲DC-DC轉換器。其基本原理是去耦概念。
去耦的意思是將電路的一部分與另一部分斷開。一個帶電器件 (DUT) 產生的噪聲可以通過串聯元件 (如電感器 (L1)) 與穩(wěn)壓器分開,然后通過電容 (C1) 等并聯元件接地。例如,當需要調整 DUT 電壓時,改變 DUT 電壓顯而易見電流也會發(fā)生變化。穩(wěn)壓器必須適應電流的變化,盡可能減小電壓變化。如果穩(wěn)壓器不能對 DUT 所需電量立即做出響應,DUT 電壓也會發(fā)生變化,造成系統性能嚴重下降。
“LC”網絡在這方面發(fā)揮極為重要的作用。去耦電容 C1可以用作DUT的本地能源。電容不能提供總DC電量,因為它僅保存了少量能量,但這種能量可以極快的速度對DUT的AC電流變化做出響應。電容有效維持本地電源電壓,頻率可由kHz至GHz (毫秒到納秒)。電感器用來隔離穩(wěn)壓器與DUT。電感器 DC (和低頻) 阻抗應為0 Ω,高頻應為高阻抗。這種高頻高阻抗可在電容通過器件引腳為DUT提供本地電源時,避免穩(wěn)壓器為DUT提供高頻電源。電感器還可以構成LC濾波電路,降低加電狀態(tài)下穩(wěn)壓器對DUT的輸出噪聲,同時還可以濾除DUT產生的噪聲,防止破壞穩(wěn)壓器輸出 (以及穩(wěn)壓器輸出連接的其他電路)。DC完全透明,彼此之間以及每條帶電電路與穩(wěn)壓器輸出安全隔離是去耦的最低要求!
下面來看實際“LC”網絡。我們知道,電感器的電抗是XL=ωL,電容的電抗XC=1/ωC。DC處,電感器的電抗 (ωL) 理想狀態(tài)下為零,但隨著頻率上升,可提高到無窮大 (理想狀態(tài)下)。這種情況與電容正好相反。DC處,隨著頻率上升,電容的電抗 (1/ωC) 下降,并且在理想狀態(tài)下保持無窮大。當然,在特定頻率處,這兩個電抗相等,但符號相反。處于這種情況時的頻率稱為諧振頻率f。因此:
將角頻率轉換為Hz,我們得到
式中,f代表諧振頻率。
現在,我們舉例說明如何采用通用器件構成“LC”網絡。如果DUT電源腳處C1=.1uF,L1 選擇2.5 uH,采用現成的VK-200型鐵氧體磁芯電感,諧振頻率約為318 kHz。這個“LC”網絡可以帶限穩(wěn)壓器的輸出噪聲,同時帶限DUT返回給穩(wěn)壓器輸出的噪聲,從而將特定DUT與穩(wěn)壓器“去耦”,防止電路中的另一DUT受到破壞。
下一講,我們將介紹電路設計和電路板布局中如何采用“LC”網絡去耦,以及如何設計各種應用中的電感器。同時,一定要注意電路設計正確去耦,請記住,無論設計數字電路,還是模擬電路,由于速度越來越快,最好一切從模擬而不是數字開始!
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