去耦电容

合集下载

三极管 vcc 去耦电容 -回复

三极管 vcc 去耦电容 -回复

三极管vcc 去耦电容-回复什么是三极管?三极管是一种半导体器件,有三个区域:负性型材料(N型)和正性型材料(P型)之间夹着一个掺杂致密的区域。

这三个区域分别被称为发射极(E),基极(B)和集电极(C)。

这种器件具有放大和开关功能,因此广泛应用于电子电路中。

什么是Vcc?Vcc是指集电极正电压,也就是三极管的供电电压。

这个电压的值根据具体应用来确定,一般是根据芯片规格或电路设计的需求来选择。

什么是去耦电容?去耦电容是一种电容器,用于去除电源电压中的低频噪声和变动,并提供稳定的直流电源给电路。

三极管为什么需要Vcc去耦电容?三极管的工作原理需要一个稳定的电源来确保其正常工作。

在三极管的电路中,Vcc去耦电容起到了提供稳定电源的作用。

Vcc去耦电容如何工作?当电源电压发生波动或者有噪声干扰时,Vcc去耦电容会吸收这些波动并稳定电源。

它通过存储能量并释放给电路,使电路得以维持稳定的工作状态。

如果没有Vcc去耦电容,电路可能会受到电源电压的波动影响,导致电路不稳定、工作不正常。

如何选择Vcc去耦电容的数值?选择Vcc去耦电容的数值需要根据电路的需求和设计规范进行决定。

一般来说,可以选择电容器的额定电压要高于Vcc电压,并且容值要足够大以满足电流要求。

同时,可以根据电路中负载和频率等参数来选择合适的电容器数值,以确保电路的稳定性和性能。

如何连接Vcc去耦电容?将Vcc去耦电容连接到三极管的供电线路上。

一端连接到电源正极,另一端连接到三极管的Vcc引脚。

为了保证效果最佳,电容器的短脚通常连接到Vcc引脚,长脚连接到电源正极。

需要注意的问题:1. 选择合适的电容器型号和数值,以满足电路需求和规格要求。

2. 电容器的两端极性要正确,连接时应注意正负极。

3. 确保电容器的额定电压高于Vcc电压,以避免电容器损坏。

4. 布局和连接时要避免电容器与其他电子元器件的干扰,以免影响电路性能。

综上所述,Vcc去耦电容在三极管电路中起到了提供稳定电源的作用。

cmos去耦电容的工作原理

cmos去耦电容的工作原理

cmos去耦电容的工作原理
CMOS(互补金属氧化物半导体)去耦电容是指在CMOS电路中使
用的去耦电容。

它的工作原理是通过将电容器连接到电路中以去除
电源线上的高频噪声和干扰信号。

在CMOS电路中,由于晶体管的导
通和截止,会产生瞬时的电流波动,这可能会导致电源线上的噪声。

通过添加去耦电容,可以在高频范围内提供额外的电流,从而抑制
这些噪声。

去耦电容的工作原理是利用电容器的特性来吸收和释放电荷,
从而稳定电源线上的电压。

当电路中的晶体管切换时,会产生瞬时
的电流需求,而去耦电容可以提供额外的电流,以满足这种需求,
从而减少电源线上的噪声。

换句话说,去耦电容可以在瞬时电流需
求发生时充当电流储备器,以保持电源线上的稳定电压。

总的来说,CMOS去耦电容的工作原理是利用电容器吸收和释放
电荷来稳定电源线上的电压,从而抑制高频噪声和干扰信号。

这有
助于提高CMOS电路的性能和稳定性。

去耦电容作用

去耦电容作用

去耦电容作用去耦电容是一种常见的电子元件,它在电路中发挥着重要作用。

下面我们来详细了解一下去耦电容的作用。

1. 什么是去耦电容?去耦电容是一种用于去除直流偏置信号的电容器。

它通常被放置在直流电源和地之间,以便过滤掉直流信号,只保留交流信号。

这样可以有效地降低噪声和干扰,提高信号质量。

2. 去耦电容的作用(1)降低噪声:在某些情况下,直流偏置可能会产生噪声和杂音。

去耦电容可以过滤掉这些噪声信号,使得输出信号更加清晰、稳定。

(2)防止干扰:当不同部分的电路共享一个单独的直流电源时,它们可能会相互干扰。

这时候可以使用去耦电容来隔离不同部分之间的直流信号,从而防止干扰。

(3)提高效率:当大量小型数字逻辑集成电路同时工作时,由于其工作频率很高,并且需要大量的瞬态能量供应。

如果没有足够的去耦电容,电源线上的电压会出现瞬间下降,导致芯片工作不稳定。

通过增加去耦电容,可以提供更多的瞬态能量,从而提高效率。

(4)保护元件:在某些情况下,直流偏置可能会对元件产生损害。

去耦电容可以过滤掉这些直流信号,从而保护元件免受损害。

3. 去耦电容的选型去耦电容的选型需要考虑以下几个因素:(1)额定电压:应该选择比工作电压高一些的去耦电容。

(2)容值:应根据具体应用来选择合适的容值。

一般来说,需要根据工作频率和负载来确定合适的容值。

(3)尺寸:应根据实际空间来选择合适尺寸的去耦电容。

总之,去耦电容在各种不同类型的电路中都有着重要作用。

通过正确地选型和使用去耦电容,可以提高信号质量、防止干扰、提高效率以及保护元件等方面发挥其最大功效。

旁路电容 去耦电容

旁路电容 去耦电容

旁路电容去耦电容旁路电容、去耦电容是电子电路中常见的元件,它们在保证电路稳定性和提高信号质量方面起到了重要作用。

本文将详细介绍旁路电容和去耦电容的定义、作用、选择和使用注意事项。

一、旁路电容旁路电容(Bypass Capacitor)是指将电容器连接在某个电路或器件的两个节点上,起到稳定电压和滤波的作用。

旁路电容通常被连接在电源和地之间,用于阻止高频噪声通过电源线进入电路,保持电路的稳定工作。

旁路电容的容值一般较大,通常在几十微法到几百微法之间。

旁路电容的作用主要有两个方面:一是通过对高频信号的短路作用,将高频噪声引流至地,使电路的工作频率范围更加纯净;二是通过对低频信号的开路作用,使电源电压更加稳定,提供一个低阻抗的电源供电路径,减小电源线的电压波动。

在选择旁路电容时,需要根据电路的工作频率范围和所需的电容值来确定。

一般来说,电容值越大,旁路效果越好;而工作频率越高,电容值则需要相应减小。

此外,还应选择具有良好高频特性和低ESR(Equivalent Series Resistance)的电容器,以保证电路的性能。

二、去耦电容去耦电容(Decoupling Capacitor)是指将电容器连接在电源和地之间,用于平衡电源电压和提供瞬态电流的元件。

去耦电容主要用于提供电流给电路中的各个部分,以满足电路对瞬态电流的需求,避免电源线上的电压波动对电路的干扰。

去耦电容的作用主要有两个方面:一是通过对高频信号的短路作用,使高频噪声引流至地,减小电源线上的噪声干扰;二是通过对低频信号的开路作用,提供电流给电路中的各个部分,保持电源电压的稳定性。

在选择去耦电容时,需要考虑电路的工作频率范围、电容值和ESR 等因素。

一般来说,去耦电容的电容值应根据电路的瞬态电流需求来确定,电容值越大,能提供的瞬态电流越大;而ESR越低,能提供的瞬态电流响应越快。

因此,在实际应用中,需要根据电路的需求综合考虑这些因素,选择合适的去耦电容。

揭秘滤波电容、去耦电容 , 旁路电容的作用

揭秘滤波电容、去耦电容 , 旁路电容的作用

经过整流桥以后的是脉动直流,波动范围很大。后面一般用大小两个电容,大电容用来稳定输出,众所周知电容两端电压不能突变,因此可以使输出平滑,小电容是用来滤除高频干扰的,使输出电压纯净,电容越小,谐振频率越高,可滤除的干扰频率越高.
容量选择:
(1)大电容,负载越重,吸收电流的能力越强,这个大电容的容量就要越大
(2)选取滤波电容:1、电压大于28.2V;2、求C的大小:公式RC≥(3--5)×0.1秒,本题中R=24V/0.5A=48欧
所以可得出C≥(0.00625--0.0104)F,即C的值应大于6250μF。
(3)电容滤波是升高电压。
滤波电容的选用原则
在电源设计中,滤波电容的选取原则是: C≥2.5T/R
原理我就不说了,实用点的,一般数字电路去耦0.1uF即可,用于10M以下;20M以上用1到
10个uF,去除高频噪声好些,大概按C=1/f 。旁路一般就比较的小了,一般根据谐振频率
一般为0.1或0.01uF
说到电容,各种各样的叫法就会让人头晕目眩,旁路电容,去耦电容,滤波电容等等,其
其中: C为滤波电容,单位为UF;
T为频率, 单位为Hz
R为负载电阻,单位为Ω
揭秘滤波电容、去耦电容 , 旁路电容的作用
滤波电容用在电源整流电路中,用来滤除交流成分。使输出的直流更平滑。
去耦电容用在放大电路中不需要交流的地方,用来消除自激,使放大器稳定工作。
旁路电容用在有电阻连接时,接在电阻两端使交流信号顺利通过。
1.关于去耦电容蓄能作用的理解
1)去耦电容主要是去除高频如RF信号的干扰,干扰的进入方式是通过电磁辐射。而实际上,芯片附近的电容还有蓄能的作用,这是第二位的。

去耦电容原理

去耦电容原理

去耦电容原理去耦电容是电子电路中常用的一种被动元件,它的作用是去除电源或信号线上的高频噪声,保证电路的稳定工作。

在电子设备中,去耦电容起到了非常重要的作用,下面我们来详细了解一下去耦电容的原理。

首先,我们要了解什么是去耦电容。

去耦电容是一种用于去除电源或信号线上的高频噪声的元件。

在电子设备中,由于电源的不稳定或者其他干扰因素的影响,会导致电路中出现高频噪声,影响电路的正常工作。

而去耦电容的作用就是通过它的电容性质,将高频噪声短接到地,从而保证电路的稳定工作。

其次,去耦电容的原理是什么呢?去耦电容的原理主要是利用了电容器的短接特性。

当电路中出现高频噪声时,去耦电容会将这些高频噪声短接到地,从而使得电路中的高频噪声得到了有效的去除,保证了电路的稳定工作。

同时,去耦电容还能够提供稳定的电压给电路中的其他元件,保证整个电路的正常工作。

另外,去耦电容的选择也是非常重要的。

在实际的电子设计中,我们需要根据电路的需求选择合适的去耦电容。

一般来说,我们需要考虑去耦电容的容值、工作电压、温度特性等因素。

合理选择去耦电容,能够更好地保证电路的稳定性和可靠性。

总的来说,去耦电容作为电子电路中常用的被动元件,其原理主要是利用了电容器的短接特性,通过将高频噪声短接到地来去除电路中的高频噪声,保证电路的稳定工作。

在实际的电子设计中,合理选择去耦电容对于保证电路的稳定性和可靠性非常重要。

希望通过本文的介绍,能够让大家更加深入地了解去耦电容的原理,为电子电路的设计和应用提供帮助。

同时也希望大家在实际的电子设计中能够根据电路的需求合理选择去耦电容,保证电路的稳定工作。

旁路电容和去耦电容

旁路电容和去耦电容

############################################# #####什么是去耦电容?有什么用?一般般连接电源和地,而且是紧紧靠近电路的电源接入点,是用于滤除该部分电路因内部器件频繁开关对外部产生的传导干扰;特别数字电路,几乎所有的器件都处在高频的时序电平切换状态,于是对电源的产生频率很高的忽高忽低的电流需求,这样电流就形成了传导的脉冲干扰,对其他数字器件可能产生误动作,严重影响电路的正常工作,所以一般的数字IC,在电源的引脚旁,一般都有个0.1uF的去耦电容。

############################################# #####滤波电容用在电源整流电路中,用来滤除交流成分。

使输出的直流更平滑。

去耦电容用在放大电路中不需要交流的地方,用来消除自激,使放大器稳定工作。

旁路电容用在有电阻连接时,接在电阻两端使交流信号顺利通过。

1.关于去耦电容蓄能作用的理解1)去耦电容主要是去除高频如RF信号的干扰,干扰的进入方式是通过电磁辐射。

而实际上,芯片附近的电容还有蓄能的作用,这是第二位的。

你可以把总电源看作密云水库,我们大楼内的家家户户都需要供水,这时候,水不是直接来自于水库,那样距离太远了,等水过来,我们已经渴的不行了。

实际水是来自于大楼顶上的水塔,水塔其实是一个buffer的作用。

如果微观来看,高频器件在工作的时候,其电流是不连续的,而且频率很高,而器件VCC到总电源有一段距离,即便距离不长,在频率很高的情况下,阻抗Z =i*wL+R,线路的电感影响也会非常大,会导致器件在需要电流的时候,不能被及时供给。

而去耦电容可以弥补此不足。

这也是为什么很多电路板在高频器件VCC管脚处放置小电容的原因之一(在vcc引脚上通常并联一个去藕电容,这样交流分量就从这个电容接地。

)。

2)有源器件在开关时产生的高频开关噪声将沿着电源线传播。

去耦电容的主要功能就是提供一个局部的直流电源给有源器件,以减少开关噪声在板上的传播和将噪声引导到地。

去耦电容的配置

去耦电容的配置

去耦电容的配置去耦电容不是一般称的滤波电容,滤波电容指电源系统用的,去藕电容则是分布在器件附近或子电路处主要用于对付器件自身或外源性噪声的特殊滤波电容,故有特称——去耦电容,去耦指“去除(噪声)耦合”之意.1、去耦电容的一般配置原则● 电源输入端跨接一个10~100uF的电解电容器,如果印制电路板的位置允许,采用100uF以上的电解电容器的抗干扰效果会更好.● 为每个集成电路芯片配置一个0.01uF的陶瓷电容器.如遇到印制电路板空间小而装不下时,可每4~10个芯片配置一个1~10uF钽电解电容器,这种器件的高频阻抗特别小,在500kHz~20MHz范围内阻抗小于1Ω,而且漏电流很小(0.5uA以下).● 对于噪声能力弱、关断时电流变化大的器件和ROM、RAM等存储型器件,应在芯片的电源线(Vcc)和地线(GND)间直接接入去耦电容.● 去耦电容的引线不能过长,特别是高频旁路电容不能带引线.● 在印制板中有接触器、继电器、按钮等元件时.操作它们时均会产生较大火花放电,必须RC 电路来吸收放电电流.一般R 取 1 ~ 2K,C取2.2 ~ 47UF.● CMOS的输入阻抗很高,且易受感应,因此在使用时对不用端要接地或接正电源.● 设计时应确定使用高频低频中频三种去耦电容,中频与低频去耦电容可根据器件与PCB功耗决定,可分别选47-1000uF和470-3300uF;高频电容计算为: C="P/V"*V*F.● 每个集成电路一个去耦电容.每个电解电容边上都要加一个小的高频旁路电容.● 用大容量的钽电容或聚酷电容而不用电解电容作电路充放电储能电容.使用管状电时,外壳要接地.由于大部分能量的交换也是主要集中于器件的电源和地引脚,而这些引脚又是独立的直接和地电平面相连接的.这样,电压的波动实际上主要是由于电流的不合理分布引起.但电流的分布不合理主要是由于大量的过孔和隔离带造成的.这种情况下的电压波动将主要传输和影响到器件的电源和地线引脚上.为减小集成电路芯片电源上的电压瞬时过冲,应该为集成电路芯片添加去耦电容.这可以有效去除电源上的毛刺的影响并减少在印制板上的电源环路的辐射.当去耦电容直接连接在集成电路的电源管腿上而不是连接在电源层上时,其平滑毛刺的效果最好.这就是为什么有一些器件插座上带有去耦电容,而有的器件要求去耦电容距器件的距离要足够的小.2、配置电容的经验值好的高频去耦电容可以去除高到1GHZ的高频成份.陶瓷片电容或多层陶瓷电容的高频特性较好.设计印刷线路板时,每个集成电路的电源,地之间都要加一个去耦电容.去耦电容有两个作用:一方面是本集成电路的蓄能电容,提供和吸收该集成电路开门关门瞬间的充放电能;另一方面旁路掉该器件的高频噪声.数字电路中典型的去耦电容为0.1uF的去耦电容有5nH分布电感,它的并行共振频率大约在7MHz左右,也就是说对于10MHz以下的噪声有较好的去耦作用,对40MHz以上的噪声几乎不起作用.1uF,10uF电容,并行共振频率在20MHz以上,去除高频率噪声的效果要好一些.在电源进入印刷板的地方放一个1uF或10uF的去高频电容往往是有利的,即使是用电池供电的系统也需要这种电容.每10片左右的集成电路要加一片充放电电容,或称为蓄放电容,电容大小可选10uF.最好不用电解电容,电解电容是两层溥膜卷起来的,这种卷起来的结构在高频时表现为电感,最好使用胆电容或聚碳酸酝电容.去耦电容值的选取并不严格,可按C=1/f计算;即10MHz取0.1uF.由于不论使用怎样的电源分配方案,整个系统会产生足够导致问题发生的噪声,额外的过滤措施是必需的.这一任务由旁路电容完成.一般来说,一个1uF-10uF的电容将被放在系统的电源接入端,板上每个设备的电源脚与地线脚之间应放置一个0.01uF-0.1uF的电容.旁路电容就是过滤器.放在电源接入端的大电容(约10uF)用来过滤板子产生的低频(比如60Hz线路频率).板上工作中的设备产生的噪声会产生从100MHz到更高频率间的合共振(harmonics).每个芯片间都要放置旁路电容,这些电容比较小,大约0.1uF左右.。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

在电子设计竞赛培训过程中,在使用IC芯片制作各电路模块时,同学们对去耦电容器的使用感到十分困惑,为什么要使用去耦电容器,去耦电容器有什么作用?使用几个去耦电容器?是使用相同容量的电容器并联?还是使用几个不同容量的电容器并联?去耦电容器安装在什么地方?等等。

本人收集了一些资料,写了一个有关去耦电容器使用方法介绍,供同学们参考。

1.电源和IC电路之间的去耦电路如图1所示,各类电容器和EMI降噪滤波器在连接IC电源端和配电网(PDN)的连接处,形成去耦电路,可以增加电路的电源完整性(PI)[murata Inc.c39c[1]数字IC电源静噪和去耦应用手册.]。

2011年7月15日08:18:44上传下载附件(58.38KB)图1电源和数字IC之间的去耦电路去耦电路实现的功能(电路中以IC1为主)如下:①抑制由IC产生噪声或进入IC的噪声;②提供与IC工作和维持电压有关的瞬态电流;③变为信号通道的一部分(形成信号返回通道)。

当去耦电路不起作用时,可能会出现以下问题:①由于存在噪声泄漏,与其他电路相干扰(例如IC3),或增加设备的噪声辐射;②噪声从外源侵入,导致IC工作出现问题;③产生电源电压波动,干扰IC工作,降低信号完整性,增加信号上叠加的噪声;④由于信号电流的回路不足,降低信号完整性。

因此,采用适当的去耦电路对抑制噪声和保证电路正常工作来说十分重要。

2.不同位置的去耦电容器如图2所示,去耦电容器按其位置可以分为体电容器(大容量电容器)、PCB电容器(板电容器)、封装上去耦电容器(On-Package DecouplingCapacitor)和片上去耦电容(On-Chip Decoupling Capacitor)等几种类型。

实际电路中,由于PCB一封装连接和封装一芯片连接所引入的寄生电感导致功率不能及时有效地传输。

在功率不能及时传输时,通常就需要用去耦电容器提供瞬时电流。

从去耦速度的角度来看,去耦电容器越靠近芯片内部电路去耦速度越快。

这就是在高速器件引入封装去耦电容器和片上去耦电容的根本原因。

去耦网络的设计是整个PDN设计的重点和难点。

图2不同位置的去耦电容器3.去耦电容器的电流供应模式去耦电容器的电流供应模式[murata Inc.c39c[1]数字IC电源静噪和去耦应用手册. ]如图3所示,去耦电容器的位置不同,在PDN系统中的作用也不同。

从PDN提供电源的功能来看,去耦电容器的功能就好像是一个“电荷的存储池”。

换句话说,去耦电容器可以处理半导体附近的瞬态本地电流请求,去耦电容器可以用来维持电源模块的不能响应的时间内的电压。

另外,从电源阻抗的频率特性来看,随着频率的增加,电源模块的阻抗也会增加,去耦电容器放置在IC附近可以降低高频率区域的电源阻抗。

图3去耦电容器的电流供应模式如前所述,除了需要考虑与IC电源阻抗有关的去耦电容器之外,还需要考虑接线的电感。

即在图3中,IC与每个电容器之间的接线电感的影响。

为了简单起见,通常忽略接线的电容与电阻。

由于远端电容器的接线电感较大,在高频情况下阻抗不能被降低。

因此,希望IC旁的电容器在高频情况下处于有效状态。

从这个意义上讲,如果可以从片上电容上得到足够的电容,这对于降低高频情况下的电源阻抗将是很理想的。

事实上,由于IC空间的限制,这是很难的。

因此,我们从半导体的近端至远端,分层放置电容器,以达到所要求的目标电源阻抗。

4.电容器的阻抗频率特性在高速电路中,一个电容器的等效电路如图4所示,图中,等效串联电感ESL包含引线电感,等效串联电阻ESR包含引线导体损耗和介质损耗。

由图4可见,电容器的等效串联电感ESL将随着频率的升高而降低电容器的特性。

如果等效串联电感ESL与实际电容器的电容C谐振,这将会产生一个自谐振(LC串联谐振)。

由于这个串联谐振产生一个很小的串联阻抗,所以非常适合在去耦电路中应用。

然而,当电路的工作频率高于串联谐振频率时,该电容器将表现为电感性而不是电容性。

电容器的阻抗绝对值与频率的关系如图5所示。

2011年7月15日08:18:45上传下载附件(4.48KB)图4电容器的等效电路2011年7月15日08:24:23上传下载附件(17.26KB)图5电容器的阻抗频率特性一个片状独石陶瓷电容器的阻抗频率特性[murata Inc.c02c[1]Chip Monolithic Ceramic Capacitors.]如图6所示。

5.去耦电容器不同安装位置的影响在图4所示电路中,去耦电容器C的安装位置不同,图7(a)中电容器靠近电源安装,图7(b)中集成电路(IC)靠近电源安装,其去耦合效果是不同的。

考虑布线电感,图7所示电路的等效电路如图8所示,在图8(a)中,从电源部分流入的电流,首先通过电感L1在C中积蓄起来,然后再通过L2提供给IC。

对于电源的变化和噪声,电容器C能够起到很好的去耦作用。

在图8(b)中,由于L2隔离了电容器C与IC 的连接,电源的变化和噪声首先作用于IC,降低了电容器C的去耦作用。

2011年7月15日08:29:32上传下载附件(26.32KB)(a)电容器靠近电源安装(b)IC靠近电源安装图7去耦电容器C的安装位置(a)电容器靠近电源安装等效电路(b)IC靠近电源安装等效电路图8图4的等效电路一个示例如图9所示[murata Inc.c39c[1]数字IC电源静噪和去耦应用手册. ]。

电源端存在一个20MHz的噪声,在数字IC电源端的6mm处安装一个1μF MLCC(尺寸1608)。

在IC电源端15mm处,用示波器测量噪声抑制效果。

测量结果如图6.3.10所示,可以看出有分支线路的比没有分支线路的电压波动(波纹)要大很多。

可以看到分支线路的存在,对噪声抑制有着巨大的影响。

(a)没有电容器(b)有分支线路(c)没有分支线路图9电源噪声抑制效果测量(电压波形)6.电容器的并联和反谐振当电容器的电容不足,或者目标阻抗以及插入损耗由于高ESL和ESR难以实现时,可能需要并联多个电容器,如图10所示。

在这种情况下,必须注意出现在这些电容器中的并联谐振(称为反谐振),如图11所示,可以看到从电源端的阻抗由于反谐振会趋向于变大。

反谐振是发生在两个电容器间的自谐振频率不同时的一种现象。

如图12所示,并联谐振发生在其中一个电容器的电感区以及另一个电容器的电容区的频率范围内。

并联谐振造成该频率范围的总阻抗增加。

因此,在出现反谐振的频率范围,插入损耗会变小[murata Inc.c39c[1]数字IC电源静噪和去耦应用手册.]。

2011年7月15日08:29:34上传下载附件(50.07KB)(a)不同电容的电容器器并联(b)电容器间距较远图10电容器连接可能出现反谐振的情况图11电容器的并联谐振(计算值)图12电容器的并联谐振频率范围可以采用图13所示一些方法来抑制反谐振[murata Inc.c39c[1]数字IC电源静噪和去耦应用手册.],如图13(a)所示,在电容器间嵌入谐振抑制元件例如铁氧体磁珠。

如图13(b)所示,匹配电容器的电容以调整自谐振频率。

如图13(c)所示,缩小电容器之间的间距和使用不同电容的电容器相结合,电容值的差值低于10:1。

图13(a)所示方法对改善插入损耗相当有效。

然而,降低电源阻抗的效果就变小。

采用图13(b)和图10(c)的方法,可以减弱反谐振,但要完全抑制反谐振是很难的。

如图13(d)所示,可以采用低ESL和ESR的高性能电容器来消除反谐振问题。

图13抑制反谐振的一些方法7.利用电源驱动的负载计算电容量可以采用两种方法确定所需的电容量:一是利用电源驱动的负载计算电容量,二是利用目标阻抗(Target Impedance)来计算总电容量。

利用电源驱动的负载计算电容量示例[于博士信号完整性研究网.电源完整性设计详解]如下:例设负载(容性)为30pF,要在2ns内从0V驱动到3.3V,瞬态电流为:2011年7月15日08:35:00上传下载附件(9.21KB)如果共有36个这样的负载需要驱动,则瞬态电流为:36´49.5mA=1.782A。

假设容许电压波动为:3.3V´2.5%=82.5mV,所需电容量为C=I´dt/dV=1.782A´2ns/0.0825V=43.2nF所增加的电容实际上作为抑制电压波纹的储能元件,该电容必须在2ns内为负载提供1.782A的电流,同时电压下降不能超过82.5mV,因此电容值应根据82.5mV来计算。

记住:电容放电给负载提供电流,其本身电压也会下降,但是电压下降的量不能超过82.5mV(容许的电压波纹)。

利用电源驱动的负载计算电容量的这种方法没有考虑ESL及ESR的影响,因此很不精确,但是可以加深对去耦原理的理解。

8.基于目标阻抗的PDN设计如图14所示,基于目标阻抗的PDN(电源分配网络)设计方法将PDN看成一个系统,以平均交流电流激励PDN,为使PDN的输出电压波动小于电源噪声容限,PDN的输入阻抗必须小于目标阻抗[张木水.高速电路电源分配网络设计与电源完整性分析[D].西安电子科技大学,2009.4,张木水、李玉山.信号完整性分析与设计[M].北京:电子工业出版社,2010.4]。

如图15所示,为了使PDN的输入阻抗低于目标阻抗,需要多个不同容量的电容器并联以获得平坦的输入阻抗特性[Philippe Garrault.Methodologies for Efficient FPGA Integration into ]。

一个设计示例如图16所示。

基于目标阻抗的PDN设计方法将将PDN设计成满足在感兴趣的带宽范围内从IC看过去的输入阻抗小于某一给定的目标阻抗值,以确保电源噪声可以控制在系统预算的噪声容限范围内。

频率范围一般为IC的工作频率。

如图15所示,去耦电容器的应用改变了PDN的输入阻抗,为了使PDN的输入阻抗满足目标阻抗的要求,使输入阻抗低于目标阻抗,需要多个不同容量的电容器并联以获得平坦的输入阻抗。

基于目标阻抗的PDN设计方法利用电容器谐振频率周围阻抗达到最小的特性来获得低输入阻抗,大容量的体电容器维持低频输入阻抗,SMT电容器维持中高频输入阻抗,而平面电容、嵌入式电容和片上/封装电容则维持高频阻抗。

去耦网络的设计是PDN设计最重要的部分,也是PDN设计和噪声管理的难点。

频域阻抗分析法是平面PDN设计的典型方法。

通过PDN的频域阻抗曲线,可以清楚地判断在哪些频率点上会出现严重的电源噪声。

这种分析方法非常有利于分析并设计PDN对SI(信号完整性)和EMI影响。

判断一个PDN设计是否优良的标准是:①在可接受的电源噪声下,功率得到及时可靠的传输;②维持PCB上高速信号的完整性;③将系统的电磁辐射控制在可接受的范围内。

相关文档
最新文档