電源旁路和總線技術(shù)在高性能電路中的應(yīng)用

摘  要：電源噪聲以及EMI/RFI一直是工程師在設(shè)計(jì)時(shí)的麻煩問題，本文分析了產(chǎn)生這些噪聲的原因及消除方法，結(jié)合筆者的實(shí)際測試結(jié)果，給出了一種新型的平極型電容器去耦降噪的新方法。

關(guān)鍵詞：去耦；噪聲抑制；平板電容；PCB板

分類號(hào)：TM531.3     文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)：B    文章編號(hào)：1006-6977（2000）06-0038-03
　
 
    IC設(shè)計(jì)與封裝設(shè)計(jì)的進(jìn)步使其對電路的旁路要求更加嚴(yán)格，除非能對電源網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行合理的旁路與分布，否則由高性能IC組裝的電路很難按預(yù)想的方式工作，即便對電路設(shè)計(jì)進(jìn)行了非常接近實(shí)際的仿真，并且采用的每個(gè)元件都經(jīng)過了嚴(yán)格的測試，但往往仍不能保證初次設(shè)計(jì)的電路板就能正常工作，由于皮秒級(jí)信號(hào)上升時(shí)間容易產(chǎn)生地電位反沖和電源電壓降問題，特別是大量門電路同時(shí)開關(guān)的時(shí)候，類似芯片載體的高密封裝芯片的這種問題就更為嚴(yán)重。另一方面，IC技術(shù)在發(fā)展中也引起了諸如PCB板內(nèi)噪聲的產(chǎn)生、EMI和RFI輻射的增加等問題，并因此增加了系統(tǒng)對EMI和RFI的靈敏度，使系統(tǒng)的性能不能達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。一般情況下，IC的工作電壓為3～5V，這種情況下噪聲余量的減小使電源旁路更加困難。對于大多數(shù)電子系統(tǒng)來說，最主要的輻射源是系統(tǒng)內(nèi)的電路板，特別是有傳輸瞬態(tài)電流長印制線的電路板，都具有較大的噪聲頻譜分量。

　　如果只有直流電流流通時(shí)，電源分布系統(tǒng)是不會(huì)產(chǎn)生輻射的，但是在IC的邏輯開關(guān)期間，IC要拉動(dòng)較大的瞬態(tài)電流，這些電流脈沖的上升和下降都非常迅速，在30MHz～1GHz范圍內(nèi)有很豐富的頻譜分量，而且IC越快，帶內(nèi)頻譜下降部分越大。由于系統(tǒng)需要很高的工作速度，所以不可能采取增加上升沿和下降沿時(shí)間的方法來減少噪聲。

　　設(shè)計(jì)者通常采用給系統(tǒng)內(nèi)每一個(gè)IC都去耦的方法，很少關(guān)心去耦電容的容值和等效串聯(lián)電感，實(shí)際上選擇合適的電容值對電路的噪聲抑制效果是很重要的，所以最好采取相關(guān)的分析方法針對不同的電路選用最佳的電容值。

　　在IC的去耦電路中，電容實(shí)質(zhì)上相當(dāng)于一個(gè)局部能源，門電路開關(guān)可給芯片提供瞬時(shí)電流，如果沒有旁路，印制線的阻抗將在電源線上產(chǎn)生壓降。一個(gè)典型的IC去耦電路等效模型。典型的無旁路電源印制線動(dòng)態(tài)阻抗大約為50～100Ω，如果無旁路電容，該阻抗將產(chǎn)生一個(gè)不小的電源壓降。

　　假如一個(gè)8緩沖器的每個(gè)緩沖器的輸出都可看作50Ω的動(dòng)態(tài)負(fù)載，輸出電壓2.5V，電流擺幅50mA，如果8個(gè)緩沖器同時(shí)工作，最大變化電流為400mA，信號(hào)開關(guān)速度3ns，壓降0.1V，那么正確的旁路電容值應(yīng)是0.012μF。再如一個(gè)DRAM電路，如果刷新電流為50mA，閑置電流為5mA，那么ΔI是45mA，刷新時(shí)間為250ns，允許最大壓降ΔU=0.025V，那么C=(ΔI