为什么去耦/旁路电容器不像常规滤波器那样需要电阻器来执行其功能?


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为什么去耦/旁路电容器不像常规滤波器那样需要电阻器来执行其功能?

是因为铜走线的杂散电阻足以与电容器一起滤除去耦电容帽所针对的频率吗?


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如果芯片的电源线“完美”,则不需要电容器。
安迪(aka Andy)

Answers:


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我不会像您所描述的那样将去耦电容器视为滤波器。就像这样的RC滤波器一样,其中的噪声源是电源,而您的“去耦”电容器有助于在到达芯片之前对其进行过滤。

原理图

模拟该电路 –使用CircuitLab创建的原理图

这并不是像一个小PI滤波器那样阻止噪声进入您的芯片,它可以帮助您的芯片不产生噪声:)您有一个芯片,并且他的动态电流需求将随着时间而变化。换句话说,当您的芯片发挥作用时,它会拉动不同频率的功率来切换其晶体管。

现在,在理想的环境中,您将拥有一个理想的电源,并且它和您的芯片之间没有阻抗。您的芯片可以以所需的任意频率吸收所需的电流,而我的工作将变得更加容易;)

实际上,存在寄生成分,尤其是寄生电感,它将限制在给定电压降下可以在特定频率下汲取的电流量。这些寄生电感的阻抗会随频率而增加,因此在某些时候您将无法汲取任何有意义的电流。您的芯片可能希望在1.8V +/- 0.5%的某个范围内,它已被设计并在该范围内超时工作。如果您不能为所有需求提供适当的低阻抗路径,则最终可能会使电压下降到该范围之外,例如,这可能会导致不良操作。

这是Altera的配电网络的漂亮图片。它包括稳压器及其电源阻抗,去耦电容和一些封装寄生效应。 在此处输入图片说明

如果您只是出去设计没有去耦电容的电路板,那么每次需要电流时,都必须经过非常高阻抗的连接,从芯片到电路板一直到稳压器,再希望它的体积很大电容器。这对于低频而言会很好,但是随着频率的增加,寄生电感意味着您与电源之间的阻抗也会增加。从欧姆定律中知道,如果保持电流恒定,但增大电阻(在我们的情况下为阻抗),那么该阻抗上的压降也必须增加。为了解决这个问题,并降低Pdn的阻抗,我们使用了去耦电容器。在PDN中,我们称此电压纹波为

举个例子,我们只看一个频率,即100MHz。假设您完全不使用去耦,而您决定在100MHz上消耗1A的电流。但是在100MHz时,从电源通过平面的电感以及可能的电容到电容器的阻抗为1欧姆。这意味着您将在该阻抗两端得到1V的压降。如果您的电源从1.8V开始,而当芯片需要它时电压降至0.8V,那么您就会遇到麻烦。

现在,在添加一束去耦电容后,再考虑相同的情况,这样可以将供电网络的阻抗降低至0.05欧姆。现在,对于相同的1A汲取,您只会看到50mV的压降,这个压降容忍得多。

从上面的简单香料模拟中,您可以在下面的图片中看到两种不同的情况。绿色是没有电容器的电路板的阻抗,蓝色是在添加了几个不同值的去耦电容器之后的阻抗。

在此处输入图片说明

实际上,它比从这里开始要复杂得多,您不仅仅是在100MHz上汲取电流,还在一系列频率上汲取电流,而且您通常不知道它们来自芯片供应商。相反,您需要设计一系列期望值。Altera确实有一篇不错的论文,其中有更详细的解释,并且上面有很多书。

希望能有所帮助,我想您可以从以上内容中看到,增加电容器的阻抗会使它们的效率降低(当然,还有一些关于阻尼的争论……)。实际上,如果您仔细观察一下Altera的图片,您会发现寄生电感器和电阻器是任何现实电容器及其安装中的一部分。设计去耦开始变得非常重要的高速电路板的人们花费大量时间来最小化布局中的那些,并选择具有最低寄生值的元件。


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您基本上是正确的。需要一个去耦电容器,因为

  • 从电源到消耗芯片的轨迹就像电感一样
  • 电源本身并不是无限快的,它或多或少地表现得像带有小串联电感的理想电源

去耦电容和这些电感形成一个低通/高阻滤波器。或者换句话说,它们稳定了消耗芯片接收的电压。


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不仅是铜走线,还包括所有寄生电阻:电流吸收器的输入阻抗,信号源的输出阻抗等(取决于您正在研究的频率)


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实际上看一个完美的系统,串联电阻本身为零。因此,当完美传输交流电压(如短路)时,不会传输直流电压。它不像您在计算频率的标准滤波器那样,它更多的是关于将系统与源的直流部分去耦。在普通的高通滤波器中,您的电阻器接地而不是串联电阻器。

它不用于过滤特定频率,仅用于传输信号(交流部分)。这就是为什么它称为去耦电容器。


我认为您的意思是交流耦合电容器而不是去耦电容器。即使在这种情况下,我认为您仍需要一个电阻将其接地。
拉斐尔

当然,您对r的看法是正确的。我在帖子中对此进行了编辑,因为涉及到串联电阻及其滤波器的使用是我的问题
Sider,2015年

关于您的另一点:将我写的直流部分去耦,还是会误解您的评论?
Sider

好。我明白你的意思。我只是认为当您想滤除电路其他部分的噪声以获得平滑的直流信号时,通常会使用去耦一词。换句话说,您所说的直流去耦就是交流耦合
拉斐尔2015年
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