電源軌電壓去耦的最壞情況分析

2021-01-15 EDN電子設計技術

有塊數字電路板需要對其軌電壓去耦進行「最壞情況」分析，但挑戰在於要確定最壞情況下的電流脈衝情況。HCrednc

當前的任務是要表明，將軌電壓傳送到一塊元器件稠密的電路板上時，其對於每安培電路板電流變化，不會經受超過40mV的瞬時漂移。上述變化(從10~90%和從90~10%)的上升和下降時間規定為不超過3ns。HCrednc

分析的第一部分是要表徵電流漂移。為此設計了兩個模型：正弦半波和帶位移餘弦。如圖1和圖2所示，可以對這兩種情況推導出脈衝輪廓的參數，從而產生3ns的上升時間和3ns的下降時間。HCrednc

這兩個脈衝模型之間的主要區別在於，正弦半波在電流流動的起止位置具有拐角，在這些地方一階導數會發生突變；帶位移餘弦模型可以使這些過渡變得平滑，因此沒有一階導數突變。其結果很快就會顯而易見。HCrednc

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圖1：正弦半波脈衝模型在電流的起止位置具有拐角，在這些地方一階導數會發生突變。HCrednc

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圖2：帶位移餘弦脈衝模型使過渡變得平滑，因此沒有一階導數突變。HCrednc

把這兩個脈衝模型重疊起來就會發現，儘管它們倆有所不同，但是確實彼此非常接近。HCrednc

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圖3：兩個脈衝模型非常接近。HCrednc

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圖4：電路板和電源電容器可以看作五個R、L、C的組合。HCrednc

可以確定，+5V電源軌上的電容可以看作五個R、L、C的組合，其中有些是關於單個電容器，還有一些是關於多組電容器（圖4）。性能分析方法是將符合所選脈衝模型的電流脈衝注入，然後使用遞歸微分方程檢查圖5所示的電壓結果「e」。HCrednc

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圖5：用遞歸微分方程檢查電壓結果(本例中j=5)。HCrednc

由於負載電流是從電容器組合中拉出，而不是將其灌入到這個組合，因此計算出的電壓「e」必須要從+5V電源軌中減去。結果如圖6所示。HCrednc

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圖6：從圖中可知兩種脈衝模型的軌電壓漂移情況。HCrednc

上述結果表明，兩種電流脈衝模型均符合＜40mV的要求。值得注意的是，正弦半波模型的軌電壓突變是由正弦半波不連貫的di/dt所引起，在現實世界中，這只是實際情況的近似值。HCrednc

（本文授權編譯自EDN美國版，原文參考連結：Worst case analysis of rail voltage decoupling，由趙明燦編譯）HCrednc

本文為《電子技術設計》2021年1月刊雜誌文章，版權所有，禁止轉載。免費雜誌訂閱申請點擊這裡。HCrednc

（責編：趙明燦）HCrednc

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