信號(hào)完整性培訓(xùn)

1、中國科大 快電子學(xué) 安琪1二二. . 電源與地系統(tǒng)電源與地系統(tǒng) 電源和地系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則電源和地系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 電源電壓的分布電源電壓的分布中國科大 快電子學(xué) 安琪2電源和地系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)原則電源和地系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)原則電源和地系統(tǒng)在高速數(shù)字系統(tǒng)中的作用：電源和地系統(tǒng)在高速數(shù)字系統(tǒng)中的作用： 為信號(hào)提供穩(wěn)定的電壓參考電平。為信號(hào)提供穩(wěn)定的電壓參考電平。 為系統(tǒng)提供足夠的能源，并將同一的電源電壓分布到系統(tǒng)的所為系統(tǒng)提供足夠的能源，并將同一的電源電壓分布到系統(tǒng)的所 有器件中。有器件中。 控制信號(hào)之間的干擾?？刂菩盘?hào)之間的干擾。 電源與地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，都將圍繞著如何實(shí)現(xiàn)電源和地系統(tǒng)的這三個(gè)電源與地

2、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，都將圍繞著如何實(shí)現(xiàn)電源和地系統(tǒng)的這三個(gè)基本功能來展開?；竟δ軄碚归_。 中國科大 快電子學(xué) 安琪3基本設(shè)計(jì)原則基本設(shè)計(jì)原則1 1 首先我們來看圖首先我們來看圖6-1-16-1-1中的電路：這是一個(gè)單端邏輯（中的電路：這是一個(gè)單端邏輯（Single-Ended LogicSingle-Ended Logic）電路。）電路。邏輯門邏輯門A A產(chǎn)生一個(gè)輸出電壓信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)輸出電壓信號(hào)V1V1，當(dāng)該信號(hào)沿著線，當(dāng)該信號(hào)沿著線B B傳輸?shù)竭壿嬮T傳輸?shù)竭壿嬮TC C的輸入端時(shí)，邏輯門的輸入端時(shí)，邏輯門C C需要探測輸入的邏輯電平是需要探測輸入的邏輯電平是“1 1”還是還是“0 0”。為了實(shí)現(xiàn)這一

3、點(diǎn)，邏輯門。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，邏輯門C C使用一個(gè)差分放使用一個(gè)差分放大器，大器， 將輸入電壓的信號(hào)幅度與其內(nèi)部的一個(gè)參考電壓將輸入電壓的信號(hào)幅度與其內(nèi)部的一個(gè)參考電壓R R進(jìn)行比較。參考電壓進(jìn)行比較。參考電壓R R的值由具的值由具體的邏輯電路系列而定，一般是該系列邏輯電路高、低電平之間的中間值。體的邏輯電路系列而定，一般是該系列邏輯電路高、低電平之間的中間值。圖圖6-1-1 6-1-1 單端邏輯電路的電壓參考單端邏輯電路的電壓參考 如圖如圖6-1-16-1-1所示：假定這個(gè)電壓參所示：假定這個(gè)電壓參考值是地電平以上的一個(gè)固定的電壓考值是地電平以上的一個(gè)固定的電壓值值R R，并考慮到一個(gè)可能的噪

4、聲電壓，并考慮到一個(gè)可能的噪聲電壓N N，則邏輯門則邏輯門C C內(nèi)差分放大器的輸入電壓為：內(nèi)差分放大器的輸入電壓為：RNVi差分輸入（6-1-16-1-1） A A和和C C的接地點(diǎn)之間的任何噪聲都會(huì)在兩點(diǎn)間產(chǎn)生一個(gè)電壓差（用的接地點(diǎn)之間的任何噪聲都會(huì)在兩點(diǎn)間產(chǎn)生一個(gè)電壓差（用N N表示），對于門表示），對于門C C內(nèi)內(nèi)的差分放大器，原零電壓電平的地參考電壓就變成了噪聲電壓的差分放大器，原零電壓電平的地參考電壓就變成了噪聲電壓N N，原參考電壓，原參考電壓R R變成了變成了N+RN+R?；蛘哒f：差分放大器的參考電壓或者說：差分放大器的參考電壓R R不變，噪聲電壓不變，噪聲電壓N N直接加在輸入

5、信號(hào)上了。不管從那個(gè)角直接加在輸入信號(hào)上了。不管從那個(gè)角度看這個(gè)問題，結(jié)論是一樣的。這個(gè)噪聲電壓降低了門度看這個(gè)問題，結(jié)論是一樣的。這個(gè)噪聲電壓降低了門C C的噪聲容限（的噪聲容限（Noise MargeNoise Marge）。）。 中國科大 快電子學(xué) 安琪4公共通道噪聲電壓公共通道噪聲電壓 噪聲電壓噪聲電壓N N基本上是與高速信號(hào)的回流電流相關(guān)。只要邏輯門基本上是與高速信號(hào)的回流電流相關(guān)。只要邏輯門A A輸出一個(gè)信號(hào)到邏輸出一個(gè)信號(hào)到邏輯門輯門C C，到達(dá)邏輯門，到達(dá)邏輯門C C的信號(hào)電流必然要通過某個(gè)路徑返回到邏輯門的信號(hào)電流必然要通過某個(gè)路徑返回到邏輯門A A，一般來說是通，一般來說是

6、通過地線系統(tǒng)返回。若地線系統(tǒng)存在著電感，則高速信號(hào)就會(huì)在電感上產(chǎn)生感應(yīng)信號(hào)，過地線系統(tǒng)返回。若地線系統(tǒng)存在著電感，則高速信號(hào)就會(huì)在電感上產(chǎn)生感應(yīng)信號(hào)，即：噪聲。不僅是邏輯門即：噪聲。不僅是邏輯門A A和和C C，其他任何邏輯產(chǎn)生的回流電流，若回流通道與邏輯門，其他任何邏輯產(chǎn)生的回流電流，若回流通道與邏輯門A A和和C C的地線重合，也會(huì)對它們產(chǎn)生影響。這個(gè)噪聲被稱為的地線重合，也會(huì)對它們產(chǎn)生影響。這個(gè)噪聲被稱為“公共通道噪聲電壓公共通道噪聲電壓”（Common-Path Noise VoltageCommon-Path Noise Voltage）。如圖）。如圖6-1-26-1-2所示。所示。

7、圖圖6-1-2 6-1-2 公共通道噪聲電壓公共通道噪聲電壓中國科大 快電子學(xué) 安琪5基本設(shè)計(jì)原則基本設(shè)計(jì)原則1 1 公共通道噪聲電壓的大小由返回信號(hào)電流和地線阻抗的乘公共通道噪聲電壓的大小由返回信號(hào)電流和地線阻抗的乘積決定。所以積決定。所以電源和地系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則電源和地系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則1 1可以表述為：可以表述為： 為了減少公共通道噪聲電壓，應(yīng)當(dāng)為了減少公共通道噪聲電壓，應(yīng)當(dāng)在任何邏輯門電路的接在任何邏輯門電路的接地點(diǎn)之間保持低阻抗連接地點(diǎn)之間保持低阻抗連接。中國科大 快電子學(xué) 安琪6基本設(shè)計(jì)原則基本設(shè)計(jì)原則2 2 公共通道噪聲的產(chǎn)生是與互感耦合相關(guān)的，實(shí)現(xiàn)低阻抗接地的一個(gè)很有效的方法

8、是公共通道噪聲的產(chǎn)生是與互感耦合相關(guān)的，實(shí)現(xiàn)低阻抗接地的一個(gè)很有效的方法是在印刷電路板設(shè)計(jì)中采用地平面板。但是，單獨(dú)的低電感地平面板并不能完全解決公共在印刷電路板設(shè)計(jì)中采用地平面板。但是，單獨(dú)的低電感地平面板并不能完全解決公共通道噪聲的問題。像圖通道噪聲的問題。像圖6-1-36-1-3中的電路，即使各個(gè)邏輯門之間是完美的低阻抗連接，在電中的電路，即使各個(gè)邏輯門之間是完美的低阻抗連接，在電源線上的公共通道電感仍然會(huì)引起麻煩。邏輯門的高電平與其相連的電源電壓相關(guān)，電源線上的公共通道電感仍然會(huì)引起麻煩。邏輯門的高電平與其相連的電源電壓相關(guān)，電源電壓的任何變化，都會(huì)直接影響到邏輯門的輸出電壓。源電壓的

9、任何變化，都會(huì)直接影響到邏輯門的輸出電壓。 因此，因此，任何邏輯門電路的電源連接點(diǎn)之間也必須是低阻抗連接任何邏輯門電路的電源連接點(diǎn)之間也必須是低阻抗連接，同邏輯門電路接地，同邏輯門電路接地點(diǎn)之間的低阻抗連接要求是一樣的。這是高速系統(tǒng)中電源和地設(shè)計(jì)的第二個(gè)原則。點(diǎn)之間的低阻抗連接要求是一樣的。這是高速系統(tǒng)中電源和地設(shè)計(jì)的第二個(gè)原則。 圖圖6-1-3 6-1-3 電源線上的公共通道噪聲電源線上的公共通道噪聲 中國科大 快電子學(xué) 安琪7基本設(shè)計(jì)原則基本設(shè)計(jì)原則3 3 在圖在圖6-1-36-1-3，信號(hào)回流電流要經(jīng)過供電電，信號(hào)回流電流要經(jīng)過供電電池。很顯然，為了保持穩(wěn)定的輸出信號(hào)的電池。很顯然，為了

10、保持穩(wěn)定的輸出信號(hào)的電平，電池的內(nèi)阻必須非常低，同電源的連接，平，電池的內(nèi)阻必須非常低，同電源的連接，地連接一樣。如圖地連接一樣。如圖6-1-36-1-3所示：電源與地之間所示：電源與地之間的唯一通道是經(jīng)過電池。在實(shí)際的系統(tǒng)中，的唯一通道是經(jīng)過電池。在實(shí)際的系統(tǒng)中，電源與地之間也還可以有其它的低阻抗通道。電源與地之間也還可以有其它的低阻抗通道。 電源與地之間必須有一些低阻抗的通道。電源與地之間必須有一些低阻抗的通道。這是高速系統(tǒng)中電源和地系統(tǒng)設(shè)計(jì)的第三個(gè)這是高速系統(tǒng)中電源和地系統(tǒng)設(shè)計(jì)的第三個(gè)原則。原則。圖圖6-1-3 6-1-3 電源線上的公共通道噪聲電源線上的公共通道噪聲 滿足以上三個(gè)基本設(shè)

11、計(jì)原則的電源和地的系統(tǒng)，其公共通道噪聲將很低，同時(shí)，它滿足以上三個(gè)基本設(shè)計(jì)原則的電源和地的系統(tǒng)，其公共通道噪聲將很低，同時(shí)，它也將一個(gè)同一的電源電壓分布到系統(tǒng)的各個(gè)部分。穩(wěn)定的電壓參考電平，低公共通道噪也將一個(gè)同一的電源電壓分布到系統(tǒng)的各個(gè)部分。穩(wěn)定的電壓參考電平，低公共通道噪聲和在系統(tǒng)的所有部分分布著一個(gè)同一的電源電壓。三者是緊密相關(guān)的，若采用某技術(shù)聲和在系統(tǒng)的所有部分分布著一個(gè)同一的電源電壓。三者是緊密相關(guān)的，若采用某技術(shù)措施幫助改善了其中一項(xiàng)，它同時(shí)也幫助改善了另外兩項(xiàng)。措施幫助改善了其中一項(xiàng)，它同時(shí)也幫助改善了另外兩項(xiàng)。中國科大 快電子學(xué) 安琪8例例1 1：雙層：雙層PCB板的電源與地

12、系統(tǒng)板的電源與地系統(tǒng) 圖圖6-1-5的雙層的雙層PCB板的電源與地系統(tǒng)克服了圖板的電源與地系統(tǒng)克服了圖2-4單層單層PCB板的電源與地系統(tǒng)的缺陷，給板的電源與地系統(tǒng)的缺陷，給出一個(gè)更好的電源和地的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)使用了兩層出一個(gè)更好的電源和地的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)使用了兩層PCB覆銅分別作為電源層和地平面層，這覆銅分別作為電源層和地平面層，這種設(shè)計(jì)保證了電源和地之間幾乎完美的低阻抗連接。當(dāng)兩層種設(shè)計(jì)保證了電源和地之間幾乎完美的低阻抗連接。當(dāng)兩層PCB覆銅相互靠得很近時(shí)，它們覆銅相互靠得很近時(shí)，它們之間存在著大量的平行板電容。在高頻時(shí)其阻抗極低，允許高頻電流在兩板之間很容易地雙之間存在著大量的平行板電容。在

13、高頻時(shí)其阻抗極低，允許高頻電流在兩板之間很容易地雙向跨越。當(dāng)信號(hào)頻率較低時(shí)，各個(gè)邏輯門旁的旁路電容可以將電源和地平面板短路在一起。向跨越。當(dāng)信號(hào)頻率較低時(shí)，各個(gè)邏輯門旁的旁路電容可以將電源和地平面板短路在一起。 系統(tǒng)有一個(gè)低阻抗的地平面板連系統(tǒng)有一個(gè)低阻抗的地平面板連接著各個(gè)器件的接地點(diǎn)，該地平面板接著各個(gè)器件的接地點(diǎn)，該地平面板為所有的回流電流提供了低電感通道。為所有的回流電流提供了低電感通道。符合基本設(shè)計(jì)原則符合基本設(shè)計(jì)原則1 1。 系統(tǒng)有一個(gè)低阻抗的電源板連接著系統(tǒng)有一個(gè)低阻抗的電源板連接著各個(gè)器件的電源連接點(diǎn)，提供了低噪各個(gè)器件的電源連接點(diǎn)，提供了低噪聲公共通道。符合基本設(shè)計(jì)原則聲公共

14、通道。符合基本設(shè)計(jì)原則2 2。 最后一個(gè)基本設(shè)計(jì)原則顯然是符最后一個(gè)基本設(shè)計(jì)原則顯然是符合的。旁路電容構(gòu)成了低阻抗的通道。合的。旁路電容構(gòu)成了低阻抗的通道。 圖圖6-1-5 6-1-5 雙層雙層PCBPCB板的電源與地系統(tǒng)板的電源與地系統(tǒng) 中國科大 快電子學(xué) 安琪9雙層雙層PCB板電源與地系統(tǒng)的局限板電源與地系統(tǒng)的局限 但然，實(shí)際的電路系統(tǒng)中，兩層但然，實(shí)際的電路系統(tǒng)中，兩層PCBPCB板是絕對不夠的。在上述的例子中，我們并板是絕對不夠的。在上述的例子中，我們并沒有涉及到信號(hào)間連線的需求。在實(shí)際的沒有涉及到信號(hào)間連線的需求。在實(shí)際的PCBPCB設(shè)計(jì)時(shí)，連線必須在其它設(shè)計(jì)時(shí)，連線必須在其它PCB

15、PCB層中完成，層中完成，原則上決不要考慮在電源或地平面層上布信號(hào)連線。原則上決不要考慮在電源或地平面層上布信號(hào)連線。 多層多層PCBPCB板系統(tǒng)板系統(tǒng) 電源層電源層 + + 地平面層地平面層 + + 信號(hào)布線層信號(hào)布線層 其它因素其它因素 即使采用即使采用多層多層PCBPCB板系統(tǒng)，板系統(tǒng)，使用其它使用其它PCBPCB層中完成信號(hào)連線，實(shí)際的電路系統(tǒng)也遠(yuǎn)層中完成信號(hào)連線，實(shí)際的電路系統(tǒng)也遠(yuǎn) 不是那么簡單，還會(huì)有一些其它因素影響公共通道上的低阻抗實(shí)現(xiàn)，不是那么簡單，還會(huì)有一些其它因素影響公共通道上的低阻抗實(shí)現(xiàn)， 中國科大 快電子學(xué) 安琪10例例2 2：差分傳輸電路：差分傳輸電路 圖圖6-1-6

16、6-1-6是一個(gè)差分信號(hào)傳輸電路的原理示意圖。從差分信號(hào)傳輸?shù)脑砜芍且粋€(gè)差分信號(hào)傳輸電路的原理示意圖。從差分信號(hào)傳輸?shù)脑砜芍梢院芎玫慕鉀Q前述的電源和地上的噪聲問題。如圖所示：當(dāng)由于某種原因，地它可以很好的解決前述的電源和地上的噪聲問題。如圖所示：當(dāng)由于某種原因，地線或電源系統(tǒng)上出現(xiàn)了噪聲線或電源系統(tǒng)上出現(xiàn)了噪聲N N，該噪聲電壓對接收門電路沒有任何影響，因?yàn)榻邮?，該噪聲電壓對接收門電路沒有任何影響，因?yàn)榻邮臻T電路的差分比較器并不以本地的參考電壓為基準(zhǔn)，而是比較輸入的差分信號(hào)，給門電路的差分比較器并不以本地的參考電壓為基準(zhǔn)，而是比較輸入的差分信號(hào)，給出本級(jí)的輸出電壓信號(hào)極性。我們也

17、可以認(rèn)為該噪聲是同時(shí)疊加在前級(jí)門電路的兩出本級(jí)的輸出電壓信號(hào)極性。我們也可以認(rèn)為該噪聲是同時(shí)疊加在前級(jí)門電路的兩個(gè)差分輸出信號(hào)上的，對于接收差分電路，它們相當(dāng)于共模信號(hào)，在差分輸入級(jí)被個(gè)差分輸出信號(hào)上的，對于接收差分電路，它們相當(dāng)于共模信號(hào)，在差分輸入級(jí)被直接相減了。直接相減了。 所以說，差分信號(hào)傳輸電路所以說，差分信號(hào)傳輸電路是解決公共通道噪聲電壓的很好是解決公共通道噪聲電壓的很好的方法。的方法。圖圖6-1-6 6-1-6 差分信號(hào)傳輸電路差分信號(hào)傳輸電路 中國科大 快電子學(xué) 安琪11要點(diǎn)要點(diǎn)三個(gè)基本設(shè)計(jì)原則：三個(gè)基本設(shè)計(jì)原則：任何器件的接地點(diǎn)之間應(yīng)保持低阻抗連接。任何器件的接地點(diǎn)之間應(yīng)保持

18、低阻抗連接。任何器件的電源連接點(diǎn)之間應(yīng)保持低阻抗連接。任何器件的電源連接點(diǎn)之間應(yīng)保持低阻抗連接。電源和地之間保持低阻抗連接電源和地之間保持低阻抗連接。 中國科大 快電子學(xué) 安琪12電源電壓的分布電源電壓的分布 6-2-1 6-2-1 電源分布線電源分布線 一般而言，良好的電源設(shè)備都具有非常小的輸出阻抗（內(nèi)阻）。當(dāng)我們直接從它一般而言，良好的電源設(shè)備都具有非常小的輸出阻抗（內(nèi)阻）。當(dāng)我們直接從它的輸出端子測量時(shí)，電源設(shè)備是滿足上述的基本設(shè)計(jì)原則的輸出端子測量時(shí)，電源設(shè)備是滿足上述的基本設(shè)計(jì)原則3 3的。如果電路系統(tǒng)是直接的。如果電路系統(tǒng)是直接安裝在電源設(shè)備的輸出端子上時(shí)，電路系統(tǒng)就可以從一個(gè)低阻

19、抗電源設(shè)備獲取它所需安裝在電源設(shè)備的輸出端子上時(shí)，電路系統(tǒng)就可以從一個(gè)低阻抗電源設(shè)備獲取它所需要的電源電壓和電流。要的電源電壓和電流。 事實(shí)上，將電路系統(tǒng)是直接安裝在電源設(shè)備的輸出端子上是不現(xiàn)實(shí)的。電路系統(tǒng)事實(shí)上，將電路系統(tǒng)是直接安裝在電源設(shè)備的輸出端子上是不現(xiàn)實(shí)的。電路系統(tǒng)和供電電源總是通過導(dǎo)線，電纜，或者是和供電電源總是通過導(dǎo)線，電纜，或者是PCBPCB連線相連。我們稱它們?yōu)殡娫吹姆植季€。連線相連。我們稱它們?yōu)殡娫吹姆植季€。這些連接，其直流電阻可以是很小的，但對于高速數(shù)字系統(tǒng)而言，高、低電平的頻繁這些連接，其直流電阻可以是很小的，但對于高速數(shù)字系統(tǒng)而言，高、低電平的頻繁切換，需要從電源設(shè)備

20、中頻繁地流出和灌入電流，而且切換速度很快。這時(shí)，這些導(dǎo)切換，需要從電源設(shè)備中頻繁地流出和灌入電流，而且切換速度很快。這時(shí)，這些導(dǎo)線，電纜，或者是線，電纜，或者是PCBPCB連線上存在的相對大的電感，就會(huì)呈現(xiàn)出一個(gè)較大的阻抗。從連線上存在的相對大的電感，就會(huì)呈現(xiàn)出一個(gè)較大的阻抗。從電路板一側(cè)來看，電源設(shè)備就不再是一個(gè)低阻抗輸出的電源設(shè)備?；驹O(shè)計(jì)原則電路板一側(cè)來看，電源設(shè)備就不再是一個(gè)低阻抗輸出的電源設(shè)備?；驹O(shè)計(jì)原則3 3自自然也就不可能滿足了。高速的切換電流會(huì)在電感上產(chǎn)生感應(yīng)電壓，隨著電流的大小和然也就不可能滿足了。高速的切換電流會(huì)在電感上產(chǎn)生感應(yīng)電壓，隨著電流的大小和方向變化，感應(yīng)電壓就等

21、同于一個(gè)電壓噪聲。這是我們所不希望的。方向變化，感應(yīng)電壓就等同于一個(gè)電壓噪聲。這是我們所不希望的。 中國科大 快電子學(xué) 安琪13電源電壓的分布電源電壓的分布 直流電源電路系統(tǒng)+ VXI機(jī)箱（C Size） 標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)VXIVXI機(jī)箱背板長度為機(jī)箱背板長度為2525英寸，電英寸，電源線是相當(dāng)長的。源線是相當(dāng)長的。中國科大 快電子學(xué) 安琪141 1電源分布線的電阻電源分布線的電阻 足夠小的電源線電阻足夠小的電源線電阻 一般而言，銅導(dǎo)體的直流電阻是很小的，只要使用合適直徑的導(dǎo)線或相應(yīng)的銅導(dǎo)一般而言，銅導(dǎo)體的直流電阻是很小的，只要使用合適直徑的導(dǎo)線或相應(yīng)的銅導(dǎo)體，直流電阻不應(yīng)造成電源電壓的損失。但如果需

22、要的供電電流較大時(shí)，太細(xì)的導(dǎo)線體，直流電阻不應(yīng)造成電源電壓的損失。但如果需要的供電電流較大時(shí)，太細(xì)的導(dǎo)線會(huì)導(dǎo)致過多的電壓降。這時(shí)只要簡單地增加導(dǎo)線的直徑即可。直流電阻的大小與直徑會(huì)導(dǎo)致過多的電壓降。這時(shí)只要簡單地增加導(dǎo)線的直徑即可。直流電阻的大小與直徑的平方成反比例。當(dāng)直徑減少的平方成反比例。當(dāng)直徑減少40%40%時(shí)，其電阻可減少一半。因此，從連線電阻角度上出時(shí)，其電阻可減少一半。因此，從連線電阻角度上出發(fā)，電源連線的直徑應(yīng)足夠大，以至于其電阻小到可以忽略。發(fā)，電源連線的直徑應(yīng)足夠大，以至于其電阻小到可以忽略。 遠(yuǎn)端電壓感應(yīng)線測量輸出電壓遠(yuǎn)端電壓感應(yīng)線測量輸出電壓 一些新型的電源設(shè)備配備一根遠(yuǎn)

23、端電壓感應(yīng)線。使用它可以測量電源分布線遠(yuǎn)端一些新型的電源設(shè)備配備一根遠(yuǎn)端電壓感應(yīng)線。使用它可以測量電源分布線遠(yuǎn)端的電壓值，根據(jù)其數(shù)值大小，電源設(shè)備可以調(diào)整其輸出電壓，使其遠(yuǎn)端的供電電壓滿的電壓值，根據(jù)其數(shù)值大小，電源設(shè)備可以調(diào)整其輸出電壓，使其遠(yuǎn)端的供電電壓滿足電路系統(tǒng)的需求。采用這種技術(shù)的電源設(shè)備對電源輸出連線的要求就可以降低了。足電路系統(tǒng)的需求。采用這種技術(shù)的電源設(shè)備對電源輸出連線的要求就可以降低了。 中國科大 快電子學(xué) 安琪152 2電源分布線的電感電源分布線的電感 電源分布線的電感引起的麻煩要比直流電阻大的多。如前所述，迅電源分布線的電感引起的麻煩要比直流電阻大的多。如前所述，迅速變化

24、的電流導(dǎo)致了電源噪聲。從電路系統(tǒng)一側(cè)來看，相當(dāng)于電源電壓速變化的電流導(dǎo)致了電源噪聲。從電路系統(tǒng)一側(cè)來看，相當(dāng)于電源電壓有一個(gè)變化，而且是隨機(jī)的變化。不幸的是，上述的電壓感應(yīng)線技術(shù)對有一個(gè)變化，而且是隨機(jī)的變化。不幸的是，上述的電壓感應(yīng)線技術(shù)對此是無能為力的。它的響應(yīng)速度太慢，無法矯正遠(yuǎn)端電壓的高速變此是無能為力的。它的響應(yīng)速度太慢，無法矯正遠(yuǎn)端電壓的高速變化?；?。 通常有三種可能的途徑來處理這個(gè)問題：通常有三種可能的途徑來處理這個(gè)問題： 使用低電感導(dǎo)線。使用低電感導(dǎo)線。 使用高噪聲容限的器件。使用高噪聲容限的器件。 減少供電電源上高速的電流變化。減少供電電源上高速的電流變化。中國科大 快電子學(xué)

25、 安琪16 使用低電感導(dǎo)線使用低電感導(dǎo)線 我們首先考慮第一種可能的途徑。因?yàn)閷?dǎo)線的電感與線直徑的對數(shù)相關(guān)，因此，我們首先考慮第一種可能的途徑。因?yàn)閷?dǎo)線的電感與線直徑的對數(shù)相關(guān)，因此，簡單的用增加線直徑來減少線電感的方法是不可取的。式簡單的用增加線直徑來減少線電感的方法是不可取的。式6-2-16-2-1給出了兩條平行的電給出了兩條平行的電源分布線（電源線和地線）上的電感的計(jì)算公式：源分布線（電源線和地線）上的電感的計(jì)算公式： 其中：其中：X X：線長度。單位：英寸（：線長度。單位：英寸（inin）。）。H H：兩線之間的平均距離。單位：英寸（：兩線之間的平均距離。單位：英寸（inin）。）。D

26、D：線直徑。單位：英寸（：線直徑。單位：英寸（inin）。）。L L：電感。單位：毫亨（：電感。單位：毫亨（nHnH）。）。 由式（由式（6-2-16-2-1）可看出，即使我們將線的直徑增加到一個(gè)可笑的地步，依然會(huì)有較）可看出，即使我們將線的直徑增加到一個(gè)可笑的地步，依然會(huì)有較大的電感存在。大的電感存在。DHXL2ln16.10 （6-2-1）中國科大 快電子學(xué) 安琪17使用扁平帶狀線結(jié)構(gòu)的導(dǎo)體使用扁平帶狀線結(jié)構(gòu)的導(dǎo)體 較寬的扁平帶狀線結(jié)構(gòu)的導(dǎo)體要比圓導(dǎo)線好的多，尤其是當(dāng)一個(gè)多層的扁平帶狀線結(jié)較寬的扁平帶狀線結(jié)構(gòu)的導(dǎo)體要比圓導(dǎo)線好的多，尤其是當(dāng)一個(gè)多層的扁平帶狀線結(jié)構(gòu)的導(dǎo)體被應(yīng)用到電源設(shè)備和電

27、路系統(tǒng)的連接時(shí)。在這種結(jié)構(gòu)里，電源和地分別由不同的構(gòu)的導(dǎo)體被應(yīng)用到電源設(shè)備和電路系統(tǒng)的連接時(shí)。在這種結(jié)構(gòu)里，電源和地分別由不同的多層扁平帶狀線（板）組成，疊放在一起。這樣一個(gè)結(jié)構(gòu)的電感可以用式（多層扁平帶狀線（板）組成，疊放在一起。這樣一個(gè)結(jié)構(gòu)的電感可以用式（6-2-26-2-2）來計(jì)算。）來計(jì)算。 其中：其中：X X：扁平帶狀線（板）長度。單位：英寸（：扁平帶狀線（板）長度。單位：英寸（inin）。）。H H：扁平帶狀線（板）之間的距離。單位：英寸（：扁平帶狀線（板）之間的距離。單位：英寸（inin）。）。W W：扁平帶狀線（板）的寬度。單位：英寸（：扁平帶狀線（板）的寬度。單位：英寸（in

28、in）。）。N N：扁平帶狀線（板）的數(shù)目。（：扁平帶狀線（板）的數(shù)目。（2 2表示電源和地各一層，表示電源和地各一層，3 3表示兩層地和一層電源，表示兩層地和一層電源， 以此類推）以此類推）L L：電感。單位：毫亨（：電感。單位：毫亨（nHnH）。）。 由式（由式（6-2-26-2-2）可知，這里沒有任何對數(shù)的關(guān)系。當(dāng)我們增加扁平帶狀線（板）的寬）可知，這里沒有任何對數(shù)的關(guān)系。當(dāng)我們增加扁平帶狀線（板）的寬度和數(shù)目時(shí)，分布線上的電感就會(huì)線性減少。這種方法的缺點(diǎn)是電源分布線過于笨重和度和數(shù)目時(shí)，分布線上的電感就會(huì)線性減少。這種方法的缺點(diǎn)是電源分布線過于笨重和復(fù)雜，從成本和物理尺寸上都可能是不可

29、接受的復(fù)雜，從成本和物理尺寸上都可能是不可接受的 ) 1(9 .31NWHXL （6-2-2）中國科大 快電子學(xué) 安琪18 使用高噪聲容限邏輯器件的方法也是可以考慮的，但邏輯器件使用高噪聲容限邏輯器件的方法也是可以考慮的，但邏輯器件的選擇涉及到許多因素，不能只有電源分布線電感一個(gè)因素來決定。的選擇涉及到許多因素，不能只有電源分布線電感一個(gè)因素來決定。所以，這里的選擇余地并不大。所以，這里的選擇余地并不大。 減少供電電源上高速的電流變化。減少供電電源上高速的電流變化。 最后的一個(gè)途徑，即減少供電電源上高速的電流變化。注意：最后的一個(gè)途徑，即減少供電電源上高速的電流變化。注意：這里我們強(qiáng)調(diào)的是高速

30、的電流變化。流過電源分布線上的平均電流這里我們強(qiáng)調(diào)的是高速的電流變化。流過電源分布線上的平均電流是不可能被減少的，但變化電流的幅度和變化率可以被減少。這就是不可能被減少的，但變化電流的幅度和變化率可以被減少。這就是下一節(jié)我們要重點(diǎn)討論的。是下一節(jié)我們要重點(diǎn)討論的。 使用高噪聲容限的器件。使用高噪聲容限的器件。中國科大 快電子學(xué) 安琪19板級(jí)電源旁路板級(jí)電源旁路 1. 電源分布線上電壓噪聲的計(jì)算電源分布線上電壓噪聲的計(jì)算 首先我們來估算電路中信號(hào)的電流變化率（首先我們來估算電路中信號(hào)的電流變化率（dI/dt）。圖）。圖6-2-1中的門中的門A輸入為一個(gè)輸入為一個(gè)10MHz的的時(shí)鐘信號(hào)，其輸出驅(qū)動(dòng)

31、一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，其輸出驅(qū)動(dòng)一個(gè)50pf的容性負(fù)載。由于電源分布線上的電感效應(yīng)，電源線上每隔的容性負(fù)載。由于電源分布線上的電感效應(yīng)，電源線上每隔100ns會(huì)出現(xiàn)一個(gè)大的電流尖脈沖。這些電流尖脈沖對應(yīng)著邏輯門會(huì)出現(xiàn)一個(gè)大的電流尖脈沖。這些電流尖脈沖對應(yīng)著邏輯門A驅(qū)動(dòng)容性負(fù)載到高電平的驅(qū)動(dòng)容性負(fù)載到高電平的時(shí)刻，即邏輯門時(shí)刻，即邏輯門A的輸出從低到高的跳變期間。圖中虛線回路是其此刻電流的通道。的輸出從低到高的跳變期間。圖中虛線回路是其此刻電流的通道。 圖圖6-2-1 電源分布線上的電感電源分布線上的電感 中國科大 快電子學(xué) 安琪20電源分布線上電感電源分布線上電感 設(shè)門設(shè)門A的輸出信號(hào)的上升時(shí)間為的輸

32、出信號(hào)的上升時(shí)間為5ns，則我們可以由式（，則我們可以由式（6-2-3）來計(jì)算此時(shí)驅(qū)動(dòng)電）來計(jì)算此時(shí)驅(qū)動(dòng)電流的最大變化率。流的最大變化率。這里：這里： X = 10in，H = 0.1in，D = 0.04in。sAXCtVdtdIrMax/105 . 152. 172（6-2-3）這里：這里： V= 5V，邏輯門，邏輯門A輸出信號(hào)的擺幅。輸出信號(hào)的擺幅。 tr = 5ns，邏輯門，邏輯門A輸出信號(hào)的上升時(shí)間。輸出信號(hào)的上升時(shí)間。 C = 50pf，邏輯門，邏輯門A的容性負(fù)載。的容性負(fù)載。然后，我們可以計(jì)算電源線上的電感。由式（然后，我們可以計(jì)算電源線上的電感。由式（6-2-1），我們可以得到

33、：），我們可以得到：nHDHXL1642ln16.10（6-2-4）中國科大 快電子學(xué) 安琪21電源分布線上的電壓噪聲電源分布線上的電壓噪聲電感上電壓可以很容易由式（電感上電壓可以很容易由式（6-2-5）算出。）算出。VxxdtdILVNoise5 . 2105 . 11016479（6-2-5） 這是一個(gè)很出人意料的結(jié)果。事情是否真有這么糟糕嗎？事實(shí)上，比這還糟。由這是一個(gè)很出人意料的結(jié)果。事情是否真有這么糟糕嗎？事實(shí)上，比這還糟。由于電源分布線上過大的電感，電流突變時(shí)，電感上的電壓很大，使得板上電源電壓瞬于電源分布線上過大的電感，電流突變時(shí)，電感上的電壓很大，使得板上電源電壓瞬間降的很小，

34、然后緩慢回升。造成邏輯門間降的很小，然后緩慢回升。造成邏輯門A無法工作。無法工作。中國科大 快電子學(xué) 安琪222. 減少電源上高速電流變化減少電源上高速電流變化的基本思路的基本思路 減少供電電源上高速電流變化的基本思路是：將一個(gè)大的電容放在電路板的電源輸入減少供電電源上高速電流變化的基本思路是：將一個(gè)大的電容放在電路板的電源輸入端，與電源設(shè)備并聯(lián)，跨接在電源電壓和地之間。電源接通以后，電源設(shè)備就會(huì)對它充電，端，與電源設(shè)備并聯(lián)，跨接在電源電壓和地之間。電源接通以后，電源設(shè)備就會(huì)對它充電，使旁路電容上充滿了電荷。當(dāng)需要高速切換的電流輸入、出時(shí)，由于電源分布線上存在的使旁路電容上充滿了電荷。當(dāng)需要高

35、速切換的電流輸入、出時(shí)，由于電源分布線上存在的電感呈現(xiàn)出一個(gè)較大的阻抗，不能滿足前述的基本設(shè)計(jì)原則電感呈現(xiàn)出一個(gè)較大的阻抗，不能滿足前述的基本設(shè)計(jì)原則3 3。這時(shí)，并接的電容為電源和。這時(shí)，并接的電容為電源和地之間提供了一個(gè)低阻抗的通道，其儲(chǔ)存的大量電荷，可以迅速地提供電路系統(tǒng)所需要的地之間提供了一個(gè)低阻抗的通道，其儲(chǔ)存的大量電荷，可以迅速地提供電路系統(tǒng)所需要的高速切換電流，保證電路系統(tǒng)的供電需求。高速切換電流，保證電路系統(tǒng)的供電需求。 （通常，稱并聯(lián)的電容為旁路電容通常，稱并聯(lián)的電容為旁路電容Bypass CapacitorBypass Capacitor）直流電源直流電源電路系統(tǒng)電路系統(tǒng)+

36、中國科大 快電子學(xué) 安琪23旁路電容的作用旁路電容的作用 如圖如圖6-2-2所示，當(dāng)一個(gè)旁路電容被放在電路板的電源輸入端，與電源設(shè)備并聯(lián)時(shí)，所示，當(dāng)一個(gè)旁路電容被放在電路板的電源輸入端，與電源設(shè)備并聯(lián)時(shí)，由于旁路電容由于旁路電容C2的阻抗大大小于分布線上的感抗，突變的電流從旁路電容的阻抗大大小于分布線上的感抗，突變的電流從旁路電容C2流通，不再流通，不再流過電源分布線，因而電源分布線上的電感上沒有電壓產(chǎn)生。流過電源分布線，因而電源分布線上的電感上沒有電壓產(chǎn)生。 旁路電容旁路電容C2減少了電源分布線上電流的變化，將電源分布線上的供電電流平滑為一減少了電源分布線上電流的變化，將電源分布線上的供電電

37、流平滑為一個(gè)連續(xù)的平均電流。在低頻情況下，電源設(shè)備的輸出阻抗和電源分布線的直流電阻很低，個(gè)連續(xù)的平均電流。在低頻情況下，電源設(shè)備的輸出阻抗和電源分布線的直流電阻很低，可以為電路系統(tǒng)的電源和地之間提供低阻抗通道；而在高頻情況下，則由電路板上的旁可以為電路系統(tǒng)的電源和地之間提供低阻抗通道；而在高頻情況下，則由電路板上的旁路電容路電容C2來提供低阻抗通道。來提供低阻抗通道。圖圖6-2-2 旁路電容平滑了電源分布線上供電電流旁路電容平滑了電源分布線上供電電流 中國科大 快電子學(xué) 安琪24電源旁路與電源濾波電源旁路與電源濾波 電源旁路電源旁路 可以認(rèn)為，在高速電流切換時(shí)，并聯(lián)的旁路電容的低阻抗短接了高阻

38、抗的電源可以認(rèn)為，在高速電流切換時(shí)，并聯(lián)的旁路電容的低阻抗短接了高阻抗的電源設(shè)備通道（電源設(shè)備設(shè)備通道（電源設(shè)備 + + 電源分布線），為電路系統(tǒng)提供所需要的快速變化的電流。電源分布線），為電路系統(tǒng)提供所需要的快速變化的電流。電源設(shè)備維持著穩(wěn)定狀態(tài)和慢速變化所需要的電流，并不斷向旁路電容補(bǔ)充電荷，電源設(shè)備維持著穩(wěn)定狀態(tài)和慢速變化所需要的電流，并不斷向旁路電容補(bǔ)充電荷，但然，這都不會(huì)引起電源設(shè)備和電流分布線上高速的電流變化。旁路電容的設(shè)置減但然，這都不會(huì)引起電源設(shè)備和電流分布線上高速的電流變化。旁路電容的設(shè)置減少了供電電源上的高速電流變化，電源分布線上電感的感應(yīng)電壓相應(yīng)就減少了，或少了供電電源上

39、的高速電流變化，電源分布線上電感的感應(yīng)電壓相應(yīng)就減少了，或者說減少了電源上的電壓噪聲。所以，從這個(gè)意義上，人們有時(shí)也把這種方法稱為者說減少了電源上的電壓噪聲。所以，從這個(gè)意義上，人們有時(shí)也把這種方法稱為電源濾波。但嚴(yán)格地講，這應(yīng)被看作為電源旁路，而不是電源濾波。電源濾波。但嚴(yán)格地講，這應(yīng)被看作為電源旁路，而不是電源濾波。 電源濾波電源濾波 電源濾波指的是濾去電源設(shè)備的電壓紋波以及防止系統(tǒng)中其他部分通過公用電電源濾波指的是濾去電源設(shè)備的電壓紋波以及防止系統(tǒng)中其他部分通過公用電源設(shè)備帶來的干擾，通常采用所謂的源設(shè)備帶來的干擾，通常采用所謂的RCRC低通濾波，低通濾波， LCLC低通濾波或低通濾波或

40、 型濾波。在模擬型濾波。在模擬電路或者混合信號(hào)電路系統(tǒng)中尤其需要。電路或者混合信號(hào)電路系統(tǒng)中尤其需要。 中國科大 快電子學(xué) 安琪253. 3. 旁路電容的容值計(jì)算旁路電容的容值計(jì)算 旁路電容的容值計(jì)算有以下旁路電容的容值計(jì)算有以下6個(gè)步驟：個(gè)步驟： 考慮電路系統(tǒng)的邏輯門翻轉(zhuǎn)時(shí)要求電源提供的跳變電流大小。由于很難預(yù)測有多少考慮電路系統(tǒng)的邏輯門翻轉(zhuǎn)時(shí)要求電源提供的跳變電流大小。由于很難預(yù)測有多少 邏輯門翻轉(zhuǎn)，通常是假定最差的情況，所有的門同時(shí)在一個(gè)方向上翻轉(zhuǎn)。邏輯門翻轉(zhuǎn)，通常是假定最差的情況，所有的門同時(shí)在一個(gè)方向上翻轉(zhuǎn)。 考慮所使用邏輯門電路所能容忍的最大電源噪聲，并留有足夠的噪聲容限?？紤]所使

41、用邏輯門電路所能容忍的最大電源噪聲，并留有足夠的噪聲容限。 考慮所允許的最大的公共通道電阻：考慮所允許的最大的公共通道電阻：IVXmax（6-2-6） 估算電源分布線上電感：估算電源分布線上電感： PSWL中國科大 快電子學(xué) 安琪26旁路電容的容值計(jì)算步驟旁路電容的容值計(jì)算步驟 根據(jù)所允許的最大的公共通道電阻根據(jù)所允許的最大的公共通道電阻Xmax，估算電源分布線可工作在該值以內(nèi)的最大頻，估算電源分布線可工作在該值以內(nèi)的最大頻 率。在這個(gè)頻率下，當(dāng)所有的邏輯門同時(shí)在一個(gè)方向上翻轉(zhuǎn)時(shí)，由電源分布線上的電感率。在這個(gè)頻率下，當(dāng)所有的邏輯門同時(shí)在一個(gè)方向上翻轉(zhuǎn)時(shí)，由電源分布線上的電感 引起的電源噪聲將

42、小于引起的電源噪聲將小于 V。PSWMAXPSWLXF2（6-2-7） 在頻率在頻率Fmax內(nèi)，電源分布線可以很好地工作，提供阻抗小于內(nèi)，電源分布線可以很好地工作，提供阻抗小于Xmax的通道。在高于這個(gè)的通道。在高于這個(gè) 頻率時(shí)，需要一個(gè)旁路電容來提供低阻抗通道。電容的大小要確保在這個(gè)頻率以及以頻率時(shí)，需要一個(gè)旁路電容來提供低阻抗通道。電容的大小要確保在這個(gè)頻率以及以 上頻率，電容的阻抗要小于上頻率，電容的阻抗要小于Xmax。我們有：。我們有：max21XFCPSWbypass（6-2-8）中國科大 快電子學(xué) 安琪27例例6-2-16-2-1 一個(gè)具有一個(gè)具有100個(gè)個(gè)CMOS邏輯門的電路板，

43、其邏輯門輸出電容負(fù)載為邏輯門的電路板，其邏輯門輸出電容負(fù)載為10pf，上升時(shí)間為，上升時(shí)間為ns，電源分布線的電感為，電源分布線的電感為100nH。求所需的旁路電容容值？。求所需的旁路電容容值？AnsVpfdtdVNCI155)10(100解：解： 要求電源提供的跳變電流大小是用于對負(fù)載電容的充電。假定最差的情況，所有要求電源提供的跳變電流大小是用于對負(fù)載電容的充電。假定最差的情況，所有 的的100個(gè)個(gè)CMOS邏輯門同時(shí)在一個(gè)方向上翻轉(zhuǎn)。則：邏輯門同時(shí)在一個(gè)方向上翻轉(zhuǎn)。則：1 . 01 . 01maxVAIVX所允許的最大電源噪聲電壓所允許的最大電源噪聲電壓 V： V 0.1V 所允許的最大電

44、源所允許的最大電源- -地之間阻抗地之間阻抗X Xmaxmax 中國科大 快電子學(xué) 安琪28例例6-2-16-2-1 電源分布線的電感電源分布線的電感L LPSW PSW 100nH FXFCPSWbypass1021max 估算電源分布線可正常工作的最大頻率估算電源分布線可正常工作的最大頻率 FPSW 旁路電容的旁路電容的容容值為：值為： KHzLXFPSWPSW1592max對于數(shù)字電路系統(tǒng)的電路板來說，使用對于數(shù)字電路系統(tǒng)的電路板來說，使用1010 1000F1000F的旁路電容是非常普遍的。的旁路電容是非常普遍的。 中國科大 快電子學(xué) 安琪29要點(diǎn)：要點(diǎn)： 電源設(shè)備只能在低頻情況下提供

45、低阻抗輸出。電電源設(shè)備只能在低頻情況下提供低阻抗輸出。電 源分布線上的電感帶來了較大的阻抗。源分布線上的電感帶來了較大的阻抗。 電路板的并接旁路電容可以在較高的頻率下提供電路板的并接旁路電容可以在較高的頻率下提供低低 阻抗通道。阻抗通道。 中國科大 快電子學(xué) 安琪306-2-3 本地的小電容矩陣濾波 如上節(jié)所述，由于電源分布線上的電感破壞了電源設(shè)備的低阻抗，可以用一個(gè)并聯(lián)的如上節(jié)所述，由于電源分布線上的電感破壞了電源設(shè)備的低阻抗，可以用一個(gè)并聯(lián)的大的旁路電容來提供另一個(gè)低阻抗通道，一個(gè)理想的旁路電容完全可以解決這個(gè)問題。問大的旁路電容來提供另一個(gè)低阻抗通道，一個(gè)理想的旁路電容完全可以解決這個(gè)問

46、題。問題是大的旁路電容體積較大，存在著串聯(lián)電感。當(dāng)頻率進(jìn)一步增高時(shí)，這些串聯(lián)電感會(huì)破題是大的旁路電容體積較大，存在著串聯(lián)電感。當(dāng)頻率進(jìn)一步增高時(shí)，這些串聯(lián)電感會(huì)破壞旁路電容的低阻抗特性。我們可以計(jì)算旁路電容能有效工作的最高頻率：壞旁路電容的低阻抗特性。我們可以計(jì)算旁路電容能有效工作的最高頻率： 22CMAXbypassLXF（6-2-9） 這里，這里，L Lc2c2是旁路電容的串聯(lián)電感值是旁路電容的串聯(lián)電感值。 1. 1. 旁路電容的串聯(lián)電感旁路電容的串聯(lián)電感 我們希望旁路電容可以有效工作的最高頻率我們希望旁路電容可以有效工作的最高頻率F Fbypassbypass要遠(yuǎn)比要遠(yuǎn)比F FPSWPS

47、W高。但是它仍比高速數(shù)高。但是它仍比高速數(shù)字電路的膝頻率低的多。假定例字電路的膝頻率低的多。假定例3-13-1中的旁路電容的串聯(lián)電感值為中的旁路電容的串聯(lián)電感值為5nH5nH，所允許的最大電，所允許的最大電源源- -地之間阻抗仍為地之間阻抗仍為0.10.1 。則。則旁路電容可以有效工作的最高頻率可以由式（旁路電容可以有效工作的最高頻率可以由式（6-2-96-2-9）計(jì)算：）計(jì)算： MHzLXFCMAXbypass18. 322 這個(gè)電容旁路可以有效工作的頻率范圍為這個(gè)電容旁路可以有效工作的頻率范圍為159KHz159KHz 3.18MHz3.18MHz。很顯然，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿。很顯然，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能

48、滿足高速數(shù)字電路膝頻率的要求。足高速數(shù)字電路膝頻率的要求。 中國科大 快電子學(xué) 安琪312. 2. 分布小旁路電容陣列分布小旁路電容陣列 從以上分析可知：一個(gè)大的旁路電容只能允許電源系統(tǒng)工作在頻率從以上分析可知：一個(gè)大的旁路電容只能允許電源系統(tǒng)工作在頻率Fbypass。為了保。為了保證在這個(gè)頻率以上時(shí)的低阻抗通道，我們需要另一個(gè)具有低串聯(lián)電感的電容。這個(gè)問題證在這個(gè)頻率以上時(shí)的低阻抗通道，我們需要另一個(gè)具有低串聯(lián)電感的電容。這個(gè)問題可以用分布的小旁路電容陣列來解決，小電容體積小，其本身的串聯(lián)電感也小。在更高可以用分布的小旁路電容陣列來解決，小電容體積小，其本身的串聯(lián)電感也小。在更高的頻率環(huán)境下

49、，為電源和地之間提供有效的低阻抗通道。因此，從原理上講，一個(gè)大的的頻率環(huán)境下，為電源和地之間提供有效的低阻抗通道。因此，從原理上講，一個(gè)大的旁路電容和分布的小旁路電容陣列的組合可以滿足基本設(shè)計(jì)原則旁路電容和分布的小旁路電容陣列的組合可以滿足基本設(shè)計(jì)原則3。 由此看來，電源和地之間的阻抗由三方面的因素決定：由此看來，電源和地之間的阻抗由三方面的因素決定： 低頻時(shí)的電源分布線電感的阻抗。低頻時(shí)的電源分布線電感的阻抗。 中頻時(shí)的板級(jí)大旁路電容的容抗和其離散串聯(lián)電感的感抗。中頻時(shí)的板級(jí)大旁路電容的容抗和其離散串聯(lián)電感的感抗。 高頻時(shí)的分布小旁路電容陣列的阻抗。高頻時(shí)的分布小旁路電容陣列的阻抗。 中國科

50、大 快電子學(xué) 安琪323.3.分布小旁路電容陣列的容值計(jì)算分布小旁路電容陣列的容值計(jì)算 4 4個(gè)個(gè)步驟：步驟： 考慮考慮高速數(shù)字電路工作的最高頻率高速數(shù)字電路工作的最高頻率膝頻率和在這一工作頻率時(shí)膝頻率和在這一工作頻率時(shí)所允許的最大的電所允許的最大的電 源源- -地之間阻抗，地之間阻抗，計(jì)算所允許的小旁路電容陣列的總電感值計(jì)算所允許的小旁路電容陣列的總電感值L Ltot tot 。rMAXkneeMAXtottXFXL2（6-2-10） 這里：這里：XMAX 為電路系統(tǒng)所允許的最大的電源為電路系統(tǒng)所允許的最大的電源- -地之間阻抗，地之間阻抗，tr r 為邏輯電路信號(hào)的上升時(shí)間。為邏輯電路信號(hào)

51、的上升時(shí)間。 考慮準(zhǔn)備使用的小旁路電容的串聯(lián)電感值。一個(gè)表面封裝（考慮準(zhǔn)備使用的小旁路電容的串聯(lián)電感值。一個(gè)表面封裝（Surface-MountedSurface-Mounted）的）的 電容上，再加上一個(gè)距離很近的圓過孔，其等效的串聯(lián)電感典型值為電容上，再加上一個(gè)距離很近的圓過孔，其等效的串聯(lián)電感典型值為1nH1nH；一個(gè)穿；一個(gè)穿 孔（孔（Through-HoleThrough-Hole）電容的串聯(lián)電感值為）電容的串聯(lián)電感值為5nH5nH。由此我們可以計(jì)算滿足所允許的總。由此我們可以計(jì)算滿足所允許的總 電感值的小旁路電容器的數(shù)量（電感值的小旁路電容器的數(shù)量（N N）：）： totCLLN3

52、（6-2-11） 這里，這里，L LC3 C3 是每一個(gè)小旁路電容的串聯(lián)電感值。是每一個(gè)小旁路電容的串聯(lián)電感值。 中國科大 快電子學(xué) 安琪33容值計(jì)算容值計(jì)算 小旁路電容陣列的總電容值的等效容抗值必須小于頻率為小旁路電容陣列的總電容值的等效容抗值必須小于頻率為Fbypass時(shí)的時(shí)的最大的電源最大的電源- -地地 之間阻抗，基于這一點(diǎn)，我們可以計(jì)算之間阻抗，基于這一點(diǎn)，我們可以計(jì)算小旁路電容陣列的總電容值小旁路電容陣列的總電容值： bypassMAXarrayFXC21（6-2-12） 這里：這里：XMAX 為電路系統(tǒng)所允許的最大的電源為電路系統(tǒng)所允許的最大的電源- -地之間阻抗，地之間阻抗，F(xiàn)bypass為板級(jí)旁