为了使负载芯片的供电满足要求,通常会在芯片的周围用很多电容连接到电压平面上,这些电容称为去耦电容。采用去耦电容是目前电路中解决电源噪声问题的主要方法。
去耦电容之所以能减小电源噪声,可以从储能和阻抗两个角度来说明去耦电容减小电源噪声的原理。
1、从储能的角度
整个系统模型如下图,供电部分分为电源和去耦电容两个部分,两者合起来为负载进行供电。
当负载电流恒定的时候,负载AB两端电压也是恒定的,即电容两端电压也是恒定的,电流Ic=0,负载电流完全由电源提供,I0=I。电容两端因为存在电压,所有是有电荷存在的,电荷的多少与电容量的大小成正比。
当负载的电流瞬间发生变化的时候(假设是突然增大的),电源模块是没有那么快的速度响应负载的变化,电流I0不会马上达到负载的要求,负载想要的电流达不到要求,因此AB两端电压会下降。AB两端电压会下降,去耦电容也是能感受到的,对于电容来说,电压发生变化,必然会产生电流Ic,即电容向负载提供电流。电流的大小为:
Ic=C*dV/dt
电压的变化量dV=Ic*dt/C。因此理想情况下,只要C足够大,那么dV是很小的,这样就能保证了负载两端电压的变化在允许的范围之内。
同时,随着时间的变化,电源能够补充电能过来,对负载供电的同时,也会对电容进行再充电,保持电压与初始值U0一致。
上述分析过程,相当于电容预先存储了电量,在负载需要的时候及时的释放出来,电容是作为一个储能元件的。
2、从阻抗的角度
如果我们从AB两点向左看过去,将左边看成一个整体。等效如下图:
同样,负载AB两端电压的变化:△U=Z*△I
所以,只要Z足够下,那么电压的变化就不大。去耦电容与电源模块处于并联的关系,对于瞬态变化的电流,就相当于交流信号。对于交流信号,电容呈现出低阻抗的特性,因此,从端口看过去,去耦电容降低了复合电源系统的阻抗。
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