作者:朱玉龙 来源:面包板社区 看了很多关于旁路电容和去耦电容的文章,有代表性的如下:
对于以上的文章,我是很佩服的,我按照它们的思路把问题推演和考证了一下,参考了一些数据,自己推导一下电容模型的阻抗曲线,试图做的就是让问题更明显一些。打算把这个问题分成两个部分,第一个就是原理上去验证,第二个就是从实际的例子去推演。 根据以上电路来说,由一个电源驱动多个负载,如果没有加任何电容,每个负载的电流波动会直接影响某段导线上的电压。 2.输出级控制正负逻辑输出的管子短时间同时导通,产生瞬态尖峰电流 PMOS和NMOS同时导通的时候出现的电流尖峰。 从低到高(L=>H)
当电流瞬间涌过L.vcc时,将在芯片内部电源和PCB板上产生一个电压被拉低的扰动。该扰动在电源中被称之为同步开关噪声(SSN)或Delta I噪声。 从高到低(L=>H) 在时间点T3,我们首先关闭PMOS管(不会导致脉冲噪声,PMOS管一直处于导通状态且没有电流流过的)。同时我们打开NMOS管,这时传输线、地平面、L.gnd以及NMOS管形成一回路,有瞬间电流流过开关NMOS管,这样芯片内部至PCB地节点前处产生参考电平被抬高的扰动。该扰动在电源系统中被称之为地弹噪声(Ground Bounce)。 实际电源系统中存在芯片引脚、PCB走线、电源层、底层等任何互连线都存在一定电感值,就整个电源分布系统来说来说,这就是所谓的电源电压塌陷噪声。 去耦电容就是起到一个小电池的作用,满足电路中电流的变化,避免相互间的耦合干扰。关于这个的理解可以参考电源掉电,Bulk电容的计算,这是与之类似的。 旁路电容实际也是去耦合的,只是旁路电容一般是指高频噪声旁路,也就是给高频的开关噪声提高一条低阻抗泄防途径。 所以一般的旁路电容要比去耦电容小很多,根据不同的负载设计情况,去耦电容可能区别很大,当旁路电容一般变化不大。关于有一种说法“旁路是把输入信号中的干扰作为滤除对象,而去耦是把输出信号的干扰作为滤除对象,防止干扰信号返回电源”,我个人不太同意,因为高频信号干扰可以从输入耦合也可以从输出耦合,去耦的掉电可以是负载激增的输出信号也可以是输入信号源的突变,因此我个人觉得怎么区分有点纠结。 等效串联电阻ESR:由电容器的引脚电阻与电容器两个极板的等效电阻相串联构成的。当有大的交流电流通过电容器,ESR使电容器消耗能量(从而产生损耗),由此电容中常用用损耗因子表示该参数。
通过上述参数,我们可以知道得到电容阻抗曲线
实际电容的阻抗是如图所示的网络的阻抗特性,在频率较低的时候,呈现电容特性,即阻抗随频率的增加而降低,在某一点发生谐振,在这点电容的阻抗等于等效串联电阻ESR。在谐振点以上,由于ESL的作用,电容阻抗随着频率的升高而增加,这是电容呈现电感的阻抗特性。在谐振点以上,由于电容的阻抗增加,因此对高频噪声的旁路作用减弱,甚至消失。电容的谐振频率由ESL和C共同决定,电容值或电感值越大,则谐振频率越低,也就是电容的高频滤波效果越差。 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ END ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ |
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