电源设计中电源输出端到底需要放多少电容? |
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电源设计中电源输出端到底需要放多少电容?
目标阻抗电容与电流的关系实例计算负载角度目标阻抗角度
大部分的硬件设计都是存在较大冗余的。其实和软件类似,随着版本的迭代,新人换旧人,你已经不知道这个硬件的最初设计者是怎么想的了。众所周知,硬件有时候理论和实际差的会有点大,这不是说理论存在问题,而是硬件的干扰因素太多了,导致你从理论角度非常难分析,加上硬件成本比较高,一般人也不会去挑战成熟应用,旧的不敢改,新的还得加,导致设计越来越冗余,恶性循环。就好比电源模块输出端到底要放多少电容,可以计算,可以仿真,但是往往做完这些后人家还是会给你补一句,能多放就多放点吧,仿真也不是很准。。。。。 现实归现实,理论分析能力我们还是得有的,不然以后新人问你为啥我们电源得放这么多电容,你就只能来一句,经验来看,这么大电压,这么大电流,就得这么多电容,加可以,反正不能减,瞬间就没了逼格。至少可以来句,因为XXX,所以XXX,综上,还是参考历史经验吧,这就有(hu)理(shuo)有(ba)据(dao)。 。了  ̄□ ̄|| 目标阻抗目标阻抗是PDN分析中一个非常重要的参数。它确定了器件电源端PDN最大阻抗的上限,只要PDN阻抗低于目标阻抗,那么器件的电压噪声肯定能够满足器件要求,如下所示: 一般设计的时候都考虑最恶劣情况,那么我们把上式变一下,不用平均电流了,用最大电流,即在最大电流变化条件下,电压噪声也要满足要求,如下所示: 首先,容值与电流、电压换算关系如下: 如果说目标阻抗是从电源端的角度进行分析的话,把除了负载外的电源与去耦电容看做整体,因为电源电压是不变的,电源与去耦电容的等效电路上的电压变化即代表了负载端电压的变化;而电容与电流的关系则是从负载的角度来分析。 负载角度假定电源电压3.3V,电压抖动要求±5%,电源响应时间要求1ns,负载容值为100pF,则负载需要的瞬态电流为: 同样假定电源电压3.3V,电压抖动要求±5%,最大瞬态电流为1A,目标阻抗为: 假定电源芯片能达到1us的响应时间,即1MHz,也就是在1MHz的频率之下的瞬态电流,电源都能很好的做出反应,但是高于1MHz的频率响应电源可能就搞不定了,这个时候就需要电容来进行补偿,如果该频率在谐振点以下,则陶瓷电容工作在容性条件下,由于ESR和ESL都比较小,所以电容最大值可以近似如下计算: 而实际上这种分析方法只考虑到了在不同频率下电压抖动不超标,而忽略了电容是否能在这个时间内提供足够的能量并且保证电压值不会降低超过VDD的5%。所以该方法依旧存在较大的误差,不过总体来讲分清楚瞬态以及持续时间是非常便于理解这个过程的。 |
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