高di/dt負(fù)載瞬態(tài)的電源及其分配系統(tǒng)設(shè)計(jì)

就許多中央處理器(CPU)而言，規(guī)范要求電源必須能夠提供大而快速的充電輸出電流，特別是當(dāng)處理器變換工作模式的時(shí)候。例如，在1V的系統(tǒng)中，100A/uS負(fù)載瞬態(tài)可能會(huì)要求將電源電壓穩(wěn)定在3%以內(nèi)。解決這一問題的關(guān)鍵就是要認(rèn)識(shí)到這不僅僅是電源的問題，電源分配系統(tǒng)也是一個(gè)重要因素，而且在一款解決方案中我們是很難將這二者嚴(yán)格地劃清界限。

這些高di/dt要求的意義就在于電壓源必須具有非常低的電感。重新整理下面的公式并求解得到允許的電源電感：

在快速負(fù)載電流瞬態(tài)通道中電感僅為0.3nH。為了便于比較，我們來(lái)看一個(gè)四層電路板上的0.1英寸(0.25cm)寬電路板線跡所具有的電感大約為0.7nH/英寸(0.3nH/cm)。IC封裝中接合線的典型電感在1nH范圍內(nèi)，印刷電路板的過孔電感在0.2nH范圍內(nèi)。

此外，還有一個(gè)與旁路電容有關(guān)的串聯(lián)電感，如圖1所示。頂部的曲線是貼裝在四層電路板上的一個(gè)22uF、X5R、16V、1210陶瓷電容的阻抗。正如我們所期望的那樣（100kHz以下），阻抗隨著頻率的增加而下降。然而，在800kHz時(shí)有一個(gè)串聯(lián)電感，此時(shí)電容會(huì)變得有電感性。該電感（其可以從電容值和諧振頻率計(jì)算得出）為1.7nH，其大大高于我們0.3nH的目標(biāo)值。幸運(yùn)的是，您可以使用并聯(lián)電容以降低有效的ESL。圖1底部的曲線為兩個(gè)并聯(lián)電容的阻抗。有趣的是諧振變得稍微低了一些，這表明有效電感并不是絕對(duì)的一半?；谥C振頻率，就兩個(gè)并聯(lián)的電容而言，新電感則為1.0nH或ESL下降40%，而非下降50%。這一結(jié)果可以歸結(jié)為兩個(gè)原因：互連電感和兩個(gè)電容之間的互感。

圖1并聯(lián)電容阻抗寄生現(xiàn)象衰減效果

電流通道的環(huán)路尺寸在一定程度上決定了連接組件中的寄生電感，組件尺寸決定了環(huán)路的面積。尺寸與電感相關(guān)系數(shù)如表1所示，其顯示了各種尺寸陶瓷表面貼裝電容的電容電感。一般來(lái)說，體積越大的電容具有更大的電感。該表不包括電路板上貼裝電容的電感，在我們以前的測(cè)量中該電感由1nH增加到了1.7nH。另一個(gè)有趣的問題是端接的位置對(duì)電感有很大的影響。0805電容在電容的較短一側(cè)有端接而0508電容則在較長(zhǎng)的一側(cè)有端接。這幾乎將電流通道分為了兩半，從而大降低了電感。這種變化了的結(jié)構(gòu)將電感降低了四分之一。

表1陶瓷SMT電容尺寸會(huì)影響寄生電感

尺寸

ESL(nH)

0603

0.6

0805

0.8

0508

0.2

1206

1.0

0612

0.2

1210

1.0

總之，高di/dt負(fù)載需要仔細(xì)考慮旁路問題以保持電源動(dòng)態(tài)穩(wěn)壓。表面貼裝電容需要非?？拷?fù)載以最小化其互連電感。電容具有可能避免大量去耦的寄生電感。降低這一寄生電感的并聯(lián)電容是有效的，但互連和互感減弱了這一效果。使用具有更短電流通道的電容也是有效的。這可以用體積較小的部件或具有交流端接（其使用了更短的尺寸用于電流）的部件來(lái)實(shí)施。

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