電源完整性設(shè)計1
圖片2 電源部分
我們可以用一個等效電源模型表示上面這個復(fù)合的電源系統(tǒng),如圖3
圖3 等效電源
對于這個電路可寫出如下等式:
(公式2)
我們的最終設(shè)計目標(biāo)是,不論AB兩點間負(fù)載瞬態(tài)電流如何變化,都要保持AB兩點間電壓變化范圍很小,根據(jù)公式2,這個要求等效于電源系統(tǒng)的阻抗Z要足夠低。在圖2中,我們是通過去耦電容來達(dá)到這一要求的,因此從等效的角度出發(fā),可以說去耦電容降低了電源系統(tǒng)的阻抗。另一方面,從電路原理的角度來說,可得到同樣結(jié)論。電容對于交流信號呈現(xiàn)低阻抗特性,因此加入電容,實際上也確實降低了電源系統(tǒng)的交流阻抗。
從阻抗的角度理解電容退耦,可以給我們設(shè)計電源分配系統(tǒng)帶來極大的方便。實際上,電源分配系統(tǒng)設(shè)計的最根本的原則就是使阻抗最小。最有效的設(shè)計方法就是在這個原則指導(dǎo)下產(chǎn)生的。
(5)實際電容的特性
正確使用電容進(jìn)行電源退耦,必須了解實際電容的頻率特性。理想電容器在實際中是不存在的,這就是為什么經(jīng)常聽到“電容不僅僅是電容”的原因。
實際的電容器總會存在一些寄生參數(shù),這些寄生參數(shù)在低頻時表現(xiàn)不明顯,但是高頻情況下,其重要性可能會超過容值本身。圖4是實際電容器的SPICE模型,圖中,ESR代表等效串聯(lián)電阻,ESL代表等效串聯(lián)電感或寄生電感,C為理想電容。
圖4 電容模型
等效串聯(lián)電感(寄生電感)無法消除,只要存在引線,就會有寄生電感。這從磁場能量變化的角度可以很容易理解,電流發(fā)生變化時,磁場能量發(fā)生變化,但是不可能發(fā)生能量躍變,表現(xiàn)出電感特性。寄生電感會延緩電容電流的變化,電感越大,電容充放電阻抗就越大,反應(yīng)時間就越長。等效串聯(lián)電阻也不可消除的,很簡單,因為制作電容的材料不是超導(dǎo)體。
討論實際電容特性之前,首先介紹諧振的概念。對于圖4的電容模型,其復(fù)阻抗為:
(公式3)
當(dāng)頻率很低時, 遠(yuǎn)小于
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