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电源完整性设计之电源系统的噪声来源

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发表于 2015-6-11 13:08:35 | 显示全部楼层 |阅读模式
电源系统的噪声来源有三个方面:

第一,稳压电源芯片本身的输出并不是恒定的,会有一定的波纹。这是由稳压芯片自身决定的,一旦选好了稳压电源芯片,对这部分噪声我们只能接受,无法控制。

第二,稳压电源无法实时响应负载对于电流需求的快速变化。稳压电源芯片通过感知其输出电压的变化,调整其输出电流,从而把输出电压调整回额定输出值。多数常用的稳压源调整电压的时间在毫秒到微秒量级。因此,对于负载电流变化频率在直流到几百KHz之间时,稳压源可以很好的做出调整,保持输出电压的稳定。当负载瞬态电流变化频率超出这一范围时,稳压源的电压输出会出现跌落,从而产生电源噪声。现在,微处理器的内核及外设的时钟频率已经超过了600兆赫兹,内部晶体管电平转换时间下降到800皮秒以下。这要求电源分配系统必须在直流到1GHz范围内都能快速响应负载电流的变化,但现有稳压电源芯片不可能满足这一苛刻要求。我们只能用其他方法补偿稳压源这一不足,这涉及到后面要讲的电源去耦。

第三,负载瞬态电流在电源路径阻抗和地路径阻抗上产生的压降。PCB板上任何电气路径不可避免的会存在阻抗,不论是完整的电源平面还是电源引线。对于多层板,通常提供一个完整的电源平面和地平面,稳压电源输出首先接入电源平面,供电电流流经电源平面,到达负载电源引脚。地路径和电源路径类似,只不过电流路径变成了地平面。完整平面的阻抗很低,但确实存在。如果不使用平面而使用引线,那么路径上的阻抗会更高。另外,引脚及焊盘本身也会有寄生电感存在,瞬态电流流经此路径必然产生压降,因此负载芯片电源引脚处的电压会随着瞬态电流的变化而波动,这就是阻抗产生的电源噪声。在电源路径表现为负载芯片电源引脚处的电压轨道塌陷,在地路径表现为负载芯片地引脚处的电位和参考地电位不同(注意,这和地弹不同,地弹是指芯片内部参考地电位相对于板级参考地电位的跳变)。
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