電源噪聲去耦降噪
為了使電源輸出的紋波電壓盡可能的小，通常會(huì)在電源的輸出端并聯(lián)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(chǔ)能和阻抗的角度來(lái)介紹去耦電容減小電源噪聲的原理。
1.1儲(chǔ)能角度
帶有去耦電容的供電系統(tǒng)可以等效為圖1所示，把電源系統(tǒng)分為電源模塊和去耦電容兩部分。
圖1PDN儲(chǔ)能等效電路
1.1.1負(fù)載電流穩(wěn)定
穩(wěn)態(tài)情況下，負(fù)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(jīng)電容的電流IC為0，負(fù)載電流I0由電源模塊提供，此時(shí)的電容兩端儲(chǔ)存了相當(dāng)數(shù)量的電荷，與電容量和兩端的電壓有關(guān)。
1.1.2負(fù)載電流變化
當(dāng)負(fù)載電流發(fā)生瞬間變化時(shí)，負(fù)載芯片內(nèi)部的晶體管電平轉(zhuǎn)換速度極快，必須在極短的時(shí)間內(nèi)為負(fù)載芯片提供足夠的電流。但是穩(wěn)壓電源無(wú)法很快響應(yīng)負(fù)載電流的變化，電流I0不會(huì)馬上變化滿足負(fù)載瞬態(tài)電流的要求，因此負(fù)載芯片感受到的電壓會(huì)降低。對(duì)于電容來(lái)說(shuō)，變化的電壓就會(huì)產(chǎn)生電流，根據(jù)電容上電壓和電流的關(guān)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(dòng)就能滿足負(fù)載芯片的電流要求，這樣就保證了負(fù)載芯片的電壓變化在容許的范圍內(nèi) 儲(chǔ)能電容的存在使負(fù)載消耗的能量得到快速補(bǔ)充，因此保證了負(fù)載兩端電壓不會(huì)出現(xiàn)太大的波動(dòng)，此時(shí)電容擔(dān)負(fù)的是局部電源的作用。
1.2阻抗角度
從阻抗的角度理解去耦電容的作用，能夠得到設(shè)計(jì)去耦電容網(wǎng)絡(luò)的實(shí)用方法，讓我們?cè)谂渲萌ヱ铍娙莸臅r(shí)候有章可循。
在圖1中去掉負(fù)載芯片，僅觀察供電系統(tǒng)本身，如圖2所示。
圖2PDN阻抗等效電路
從AB兩點(diǎn)向左看，穩(wěn)壓電源和去耦電容組合在一起，可以看成是一個(gè)復(fù)合的電源系統(tǒng)。那么對(duì)這個(gè)復(fù)合電源的要求是：不論AB兩點(diǎn)間的負(fù)載的瞬態(tài)電流如何變化，都能保證AB兩點(diǎn)間的電壓保持穩(wěn)定，即AB兩點(diǎn)間的電壓紋波很小。
我們可以用等效電源模型表示上面復(fù)合的電源系統(tǒng)，如圖3所示。
圖3PDN等效電源模型
對(duì)于這個(gè)模型可得出如下等式：
設(shè)計(jì)目標(biāo)是：不論AB間的瞬態(tài)電流如何變化，都要保持AB兩點(diǎn)間的電壓波動(dòng)很小，那么由上式可知，電源系統(tǒng)的阻抗Z要足夠小。在圖2中，電源模塊和去耦電容是并聯(lián)關(guān)系，由于變化的瞬態(tài)電流具有交流特性，去耦電容表現(xiàn)出低阻抗。因此從特效的角度出發(fā)，可以說(shuō)去耦電容降低了復(fù)合電源系統(tǒng)的阻抗。
實(shí)際上，電源分配系統(tǒng)PDN設(shè)計(jì)的最根本的原則就是使電源系統(tǒng)的阻抗不能超過(guò)某一要求的值，即目標(biāo)阻抗的設(shè)計(jì)方法。
