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                彩乐乐网发烧友网 > 电源/新能源 > 正文

                如何实现一个低阻抗的电源分配系统

                2020年09月12日 11:20 ? 次阅读

                在业界流行的PCB设计方法中,电源和地都采用独立的平【面实现,而且它们都是面对面放置的。在理想情况【下,两个『平面之间构成一个纯粹的电容,平面之间对交流信号来说是短路的,平面之间的交流阻抗为0,任何流经两个平面之间的瞬态电流都不会给电源地平面带来噪声波动。

                但事实上却不是这么简单。一对〒平面在低频下可以作为一个电容器来看,而在高频下其模型就复杂很多,看起来就像一个二维的︻传输线,如下图:

                电源和地平面简化模型

                与传输线特性一样,电源噪声波动在传到电源地平面的边缘时,同样将发生反射的现象,反射回来的噪声可能会在平面内部发生谐振。

                下面将通过一个典型的电源平面和去耦电容的效果来说明如何实现一个低阻抗的电源分配系统,如下图□ 所示,由两个平面组成的电源和地平面对(pair),在平面的B点∏处是一个电压调整器,给单板提供☉电源,在A点处是一个观察点,用』来观察频率响应特性。以下说明的频率响应特性曲线都是基于这个假想点得到的。

                一个电源平面

                考虑一个特○殊的电源地平面,其在40MHz以下阻抗与平面的电容值基本吻合,而在40MHz以上,平面内部的固有谐振占据了主要因素,如下图:

                一个电源地平面的频率响应曲线

                如果给该系统加入一个电压调整器,由于电压调●整器存在串联的电感,在较低频率处,电压调整器串联电感与平※面的固有电容◥可能会产生并联谐振尖峰,如下图:

                加︾入电压调整器的电源地平面的频率响应

                显然,这样的频率响应无法使我们满意,那么接下来,我们通过增加去耦电容,尝试去改善电源系统的频率响应特性。

                首先考虑分离电容器的特性。实际上,电容器并不是一个纯粹的电容,由于各▓种寄生效应,分离电容器可以简单表示为一个电容、电感和电阻串╳联的结果,如下图:

                电容器的等效模型

                这样的电容器的等效模型,其频率响应曲线中,在某个特定的频率下,ESL和C的阻抗大小相等,符号相反,于是两者发生谐振,我们称这个频率为谐振频率。在上图所示中,两条斜线的交叉点即为电容的谐振频率点。电容器在谐振频率所表现出的阻抗仅仅是ESR的阻抗,如上图频率Ψ 响应曲线的最低阻抗点。而在这个频率以下,电容器表ㄨ现出C的特性,在这个频率以上,电容器表现出ESL特性。

                不同的电容器具有不同的ESR、ESL和C参数,通常容值较小的电容具有更高的谐振频率。如果多个容值不同的电▓容器同时存在于PCB中,也就是并联在一起,这些电容器之间很有可能发生并▅联谐振,谐振点的阻抗相当高。这是选择多♀个电容器时应当尽量避免的,如下图所示:

                电容之间发生并联谐振

                不同电容值的频率响应曲线示意图。如下:

                分立电容ㄨ器的频率响应

                选择一定数量的容值电容组合在一起,加到电源和地平面之间。一般来说,大电容的数量较少,小电容的数量要多一些。例如采用1个2.2uF,2个0.47uF···,4个33nF,8个10nF,16个2.7nF,24个1nF的。我们所要达到的目的是整个电源○分配系统在较宽的频率范围内呈现低阻抗,也就是说,在这些频率范围内的噪声,都只会在整个电源分配系统中引起小幅↓度的波动,不会造成大↘的影响。

                下图所示加上这些去耦电容后,电源平面可能的频ξ 率响应结果。

                去耦电容的作用

                从上图可㊣以看出一般的规律。

                1、? 去耦电容在低频范围内有效的降低了系统阻抗。

                2、? 有效利用去耦电容,可以把平面的固有谐振频率点移到几百兆赫兹以上。

                3、? 在非常高的频率范围 ,如1GHz左右,分立的电容起的作用不太明显,平面本身的固有谐振占主导地位→。

                要说明的是,这里使用的电容组合△并不是这个系统中◇最优化的,而且在别的系统中效果不一定一样。我们只是为了通过改¤变去耦电容的组合来分析其可能对电源分配系︻统造成的影响。实际上,在具体的实例中,电源地平面和去耦电容所带来¤的效果不←尽相同,不能生搬①硬套。

                去耦电容的影响并不能定量的描述出来,简单系统可以通过直观的概念推论出来。而在负载的系统中,特别是多层电源和地,非常多的去耦电容,必须通过仿真和测试来确定去耦电容■的实际效果。
                作者:杭州卿萃科↑技ALIFPGA

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                当前世界正在由信息化时代逐渐步入智能化时代,各种传统行业都在进行着智能化升级,包括工业彩乐乐网、汽车彩乐乐网....
                发表于 2020-09-08 11:44? 524次阅读
                PCB发展趋势和挑战

                博扬智能:电容式传感器的电路转换原理分析

                电容式传感器的电路转换原理 电容器就是由两个相互不导通的金属板组成,两金属板称为︻电容器的极板,电容器极板★之...
                发表于 2020-09-08 11:34? 101次阅读
                博扬智能:电容式传感器的电路转换原理分析

                关于PCB封装的那些坑你遇到几个

                关于基层PCB基层从业者的经历,今□ 天我们继续唠,今日高能知识点较多,翻车故事都是本人真实经历,至于技....
                发表于 2020-09-08 11:25? 224次阅读
                关于PCB封装的那些坑你遇到几个

                崇达技术荣获中兴通讯颁发的2020年“5G交付突...

                2019年12月底,崇达技术参加了中兴通讯的5G项目PCB采购招标,并从多家行业领先、专注高多层PC....
                发表于 2020-09-08 10:42? 263次阅读
                崇达技术荣获中兴通讯颁发的2020年“5G交付突...

                【每日精练】自己也可以DIY制作的智能手〓表(原理图+PCB+BOM表+代码)

                智能手表使用的PIC24F单片机作为控制器,除了可以显示时间,还可以作为一个提醒备忘功能,加速度传感器和磁◤力计可...
                发表于 2020-09-08 09:42? 480次阅读
                【每日精练】自己也可以DIY制●作的智能手表(原理图+PCB+BOM表+代码)

                PCB过孔的↓制作过程

                  过孔也称金属化孔。在双面板和多层板中,为连通各层之间的印制导线,在各层需要连通的导线的】交汇处钻上一个公共孔...
                发表于 2020-09-07 17:56? 101次阅读
                PCB过孔的制作过程

                影响PCB特ξ性阻抗的因素有哪些?

                  影响PCB特性阻抗的因素:介质厚度H、铜的厚度T、走线的宽度W、走线的间ω距、叠层选取的材质的介电常数Er、阻...
                发表于 2020-09-07 17:54? 175次阅读
                影响PCB特性阻抗的因素有哪些?

                电路设计中的电容各功能应用

                电容在大家平∞时的电路设计中是不可缺少的,但是很多的人都会进入一个电容使用的误区,就是电容的容值越大越▲....
                发表于 2020-09-07 17:32? 234次阅读
                电路设计中的电容各功能应用

                英伟达 RTX 3080跑分曝光:性能比 RTX...

                英伟达新推出的安培系列显卡凭借出色的性能和相对较低的售价获得了极大的关注,其中 GeForce RT....
                发表于 2020-09-07 10:07? 972次阅读
                英伟达 RTX 3080跑分曝光:性能比 RTX...

                PCB设计初学者应该了解规则

                对于初学者来说,应该如何开始学习呢?我在这篇文ㄨ章中汇总几个问题,以帮助你了解如何进行 PCB 设计。....
                发表于 2020-09-06 20:24? 458次阅读
                PCB设计初学者应该了解规则

                什么是柔性◆线路板?

                当您听到柔性板一词时【,您可以想象到一块柔性且可以弯曲的板,但是您在哪种情况下使用它?使用时要采取任何....
                发表于 2020-09-06 20:24? 443次阅读
                什么是柔性线路板?

                如何高质量的进行PCB设计

                印刷电路板 设计是◥所有彩乐乐网 电路 设计的基础。作为装备电◥路中所有组件的主要载体,印刷电路板不仅可以确....
                发表于 2020-09-05 18:59? 500次阅读
                如何高质量的进行PCB设计

                关于PCB上的“孔”

                印刷电路板上,孔与线路一起是非常重要的元素↑之一。 它的主要是插件孔,通电孔,螺钉孔等。 选择孔的大小....
                发表于 2020-09-05 18:33? 399次阅读
                关于PCB上的“孔”

                关于陶瓷↘电容器老化特性的原理

                BaTiO3具有如下图所示的钙钛矿(perovskite)形的晶体结构,在居里温度以上时,为立方晶体....
                发表于 2020-09-05 11:32? 160次阅读
                关于陶瓷电容器老化特性的原理

                【每日╲资料精选】电机+STM32+PCB+智能机...

                本次分享的内容范围毕竟广,有电机方面的,有 PCB 工艺方面的,也有 嵌入式 单片机 方面的,对这些....
                发表于 2020-09-04 23:17? 150次阅读
                【每日资料精选】电机+STM32+PCB+智能机...

                论5G为PCB行业带来的『影响

                5G 的出现为整个 PCB 行业注入了极大的潜力》。在如今,我们很难想象完全脱离彩乐乐网设备的情况,它已经....
                发表于 2020-09-04 19:29? 472次阅读
                论5G为PCB行业带来的※影响

                为什么PCB上组件的位置∑ 很重要?

                在低频下,彩乐乐网部件在电路板上的布置可以非常自由和容易地进行。最终设计和散热是唯一需要 监控 的关键点....
                发表于 2020-09-04 19:13? 368次阅读
                为什么PCB上组件的位置很重要?

                谈谈PCB的历史与未来发展走向

                如今,人们普遍认识到 pcb 存在于ω 每一种彩乐乐网产品中,从大到小(甚至很小),人们很容易忘记它们曾经是....
                发表于 2020-09-04 19:05? 663次阅读
                谈谈PCB的历史与未来发展走向

                计算噪声对电路影响的定理分析

                拥有了噪声功率谱密度,我们就能够描述该噪声对电路的影响了,下面给出☆计算噪声对电路影响的定理
                发表于 2020-09-04 17:28? 437次阅读
                计算噪声对电路影响的定理分析

                基准电压噪↑声重要吗?看完你就明白了!

                从航空▼航天和防务、天然气勘探到制药和医疗设备制造,这些行业越来越需要能够实现高于24位分辨率的超高精....
                发表于 2020-09-04 16:44? 221次阅读
                基准电压噪声重要吗?看完你就明白了!

                乐凯特生产经营形势☉良好 预计年产值同比增长15%...

                在安徽省铜陵市委、市政ㄨ府支持下,我们2月中旬就全面复工复产,在华♂南等区域PCB行业企业还在停工阶段时....
                发表于 2020-09-04 14:58? 169次阅读
                乐凯特生产经营形势良好 预计年产值同比增长15%...