1、電容退耦的兩種解釋 采用電容退耦是解決電源噪聲問(wèn)題的主要方法。這種方法對(duì)提高瞬態(tài)電流的響應(yīng)速度，降低電源分配系統(tǒng)的阻抗都非常有效。 對(duì)于電容退耦， 很多資料中都有涉及， 但是闡述的角度不同。 有些是從局部電荷存儲(chǔ) （即儲(chǔ)能）的角度來(lái)說(shuō)明，有些是從電源分配系統(tǒng)的阻抗的角度來(lái)說(shuō)明，還有些資料的說(shuō)明更為混亂，一會(huì)提儲(chǔ)能，一會(huì)提阻抗，因此很多人在看資料的時(shí)候感到有些迷惑。其實(shí)，這兩種提法，本質(zhì)上是相同的，只不過(guò)看待問(wèn)題的視角不同而已。為了讓大家有個(gè)清楚的認(rèn)識(shí)，本文分別介紹一下這兩種解釋。1.1 從儲(chǔ)能的角度來(lái)說(shuō)明電容退耦原理。 在制作時(shí)， 通常會(huì)在負(fù)載芯片周圍放置很多電容， 這些電容就起到電源退耦作用。其原理可用圖 1 說(shuō)明。當(dāng)負(fù)載電流不變時(shí)，其電流由穩(wěn)壓電源部分提供，即圖中的 I0，方向如圖所示。此時(shí)電容兩端電壓與負(fù)載兩端電壓一致，電流 Ic為 0，電容兩端存儲(chǔ)相當(dāng)數(shù)量的電荷，其電荷數(shù)量和電容量有關(guān)。當(dāng)負(fù)載瞬態(tài)電流發(fā)生變化時(shí)，由于負(fù)載芯片內(nèi)部晶體管電平轉(zhuǎn)換速度極快，必須在極短的時(shí)間內(nèi)為負(fù)載芯片提供足夠的電流。 但是穩(wěn)壓電源無(wú)法很快響應(yīng)負(fù)載電流的變化，因此，電流 I0 不會(huì)馬上滿足負(fù)載瞬態(tài)電流要求，因此負(fù)載芯片電壓會(huì)降低。但是由于電容電壓與負(fù)載電壓相同，因此電容兩端存在電壓變化。對(duì)于電容來(lái)說(shuō)電壓變化必然產(chǎn)生電流，此時(shí)電容對(duì)負(fù)載放電，電流 I 不再為 0，為負(fù)載芯片提供電流。根據(jù)電容等式：只要電容量 C 足夠大，只需很小的電壓變化，電容就可以提供足夠大的電流，滿足負(fù)載瞬態(tài)電流的要求。這樣就保證了負(fù)載芯片電壓的變化在容許的范圍內(nèi)。這里，相當(dāng)于電容預(yù)先存儲(chǔ)了一部分電能，在負(fù)載需要的時(shí)候釋放出來(lái)，即電容是儲(chǔ)能元件。儲(chǔ)能電容的存在使負(fù)載消耗的能量得到快速補(bǔ)充，因此保證了負(fù)載兩端電壓不至于有太大變化，此時(shí)電容擔(dān)負(fù)的是局部電源的角色。 從儲(chǔ)能的角度來(lái)理解電源退耦，非常直觀易懂，但是對(duì)電路設(shè)計(jì)幫助不大。從阻抗的角度理解電容退耦，能讓我們?cè)O(shè)計(jì)電路時(shí)有章可循。實(shí)際上，在決定電源分配系統(tǒng)的去耦電容量的時(shí)候，用的就是阻抗的概念。1.2 從阻抗的角度來(lái)理解退耦原理。 將圖 1 中的負(fù)載芯片拿掉，如圖 2所示。從 AB 兩點(diǎn)向左看過(guò)去，穩(wěn)壓電源以及電容退耦系統(tǒng)一起，可以看成一個(gè)復(fù)合的電源系統(tǒng)。這個(gè)電源系統(tǒng)的特點(diǎn)是：不論 AB 兩點(diǎn)間負(fù)載瞬態(tài)電流如何變化，都能保證 AB 兩點(diǎn)間的電壓保持穩(wěn)定，即 AB 兩點(diǎn)間電壓變化很小。我們可以用一個(gè)等效電源模型表示上面這個(gè)復(fù)合的電源系統(tǒng)，如圖 3我們的最終設(shè)計(jì)目標(biāo)是，不論 AB 兩點(diǎn)間負(fù)載瞬態(tài)電流如何變化，都要保持 AB 兩點(diǎn)間電壓變化范圍很小，根據(jù)公式 2，這個(gè)要求等效于電源系統(tǒng)的阻抗 Z 要足夠低。在圖2中，我們是通過(guò)去耦電容來(lái)達(dá)到這一要求的，因此從等效的角度出發(fā)，可以說(shuō)去耦電容降低了電源系統(tǒng)的阻抗。另一方面，從電路原理的角度來(lái)說(shuō)，可得到同樣結(jié)論。電容對(duì)于交流信號(hào)呈現(xiàn)低阻抗特性，因此加入電容，實(shí)際上也確實(shí)降低了電源系統(tǒng)的交流阻抗。 從阻抗的角度理解電容退耦，可以給我們?cè)O(shè)計(jì)電源分配系統(tǒng)帶來(lái)極大的方便。實(shí)際上，電源分配系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最根本的原則就是使阻抗最小。 最有效的設(shè)計(jì)方法就是在這個(gè)原則指導(dǎo)下產(chǎn)生的。