Neden dekuplaj / baypas kapasitörlerinin işlevlerini yerine getirmek için normal filtreler gibi dirençlere ihtiyacı yoktur?


11

Neden dekuplaj / baypas kapasitörlerinin işlevlerini yerine getirmek için normal filtreler gibi dirençlere ihtiyacı yoktur?

Bakır izlerinin kaçak direnci, kapasitör ile birlikte, ayırma başlıklarıyla hedeflenen frekansları filtrelemek için yeterli olduğu için mi?


3
Eğer çipe giden besleme hatları "mükemmel" olsaydı, kapasitörlere gerek kalmazdı.
Andy aka

Yanıtlar:


23

Dekuplaj kondansatörünü tarif ettiğiniz şekilde bir filtre olarak düşünmezdim. Gürültünün kaynağının güç kaynağı olduğu ve "ayırıcı" kapasitörlerinizin çipinize ulaşmadan önce filtrelemesine yardımcı olduğu böyle bir RC filtresi gibi.

şematik

bu devreyi simüle et - CircuitLab kullanılarak oluşturulan şematik

Çipin küçük bir PI filtresi gibi çipine girmesini engellemiyor, çipinizin gürültü yapmamasına yardımcı oluyor :) Bir çipiniz var ve zamanla değişen dinamik akım taleplerine sahip olacak. Başka bir deyişle, çipiniz yaptığı gibi, transistörlerini değiştirmek için farklı frekanslarda güç çekiyor.

İdeal bir dünyada, çipiniz arasında empedans olmadan ideal bir güç kaynağına sahip olacaksınız. Çipiniz istediği sıklıkta istediği kadar akım çekebilir ve işimin bir kısmı çok daha kolay olurdu;)

Gerçekte, belirli bir frekansta belirli bir voltaj düşüşüyle ​​çekebileceğiniz akım miktarını sınırlayacak parazitik bileşenler, özellikle parazitik endüktans vardır. Bu parazit indüktörlerin empedansı frekansla artar, bu nedenle bir noktada anlamlı miktarda akım çekemezsiniz. Çipiniz muhtemelen 1.8V +/- 0.5% diyelim bir aralıkta olmak istiyor, bu aralıkta çalışmak üzere tasarlanmış ve zamanlanmış. Tüm ihtiyaçları için uygun düşük empedanslı bir yol sağlamazsanız, gerilimi bu aralığın dışında bırakabilirsiniz, bu da istenmeyen çalışmaya yol açabilir.

İşte Altera'dan bir güç dağıtım ağının güzel bir resmi. Voltaj regülatörünü ve kaynak empedansını, ayırma kapaklarını ve bazı paket parazitlerini içerir. resim açıklamasını buraya girin

Dışarı çıkıp dekuplaj kapağı olmayan bir tahta tasarladıysanız, akıma her ihtiyaç duyduğunuzda, çipten tüm tahta boyunca ve regülatöre ve umarım yığınına kadar çok yüksek empedans bağlantısından geçmeniz gerekir. kapasitörler. Bu, düşük frekans için iyi çalışır, ancak frekansınız arttıkça parazit endüktans, sizinle güç kaynağınız arasındaki empedansın da artacağı anlamına gelir. Ohm yasasından, akım akışını sabit tutarsanız, ancak direnci yükseltirseniz (bizim durumumuzdaki empedans), o empedanstaki voltaj düşüşünün de artması gerektiğini bilirsiniz. Bununla mücadele etmek ve pdn'nin empedansını azaltmak için ayırma kapasitörleri kullanıyoruz. Bir PDN'de bu voltaj dalgalanması diyoruz,

Örnek olarak 100MHz diyelim bir frekansa bakalım. Diyelim ki hiç ayırma işlemi yapmadınız ve 100MHz'de 1 Amp çekmeye karar verdiniz. Ancak, güç kaynağından uçakların endüktansı ve belki de toplu kapaklar ile çipe empedans 100MHz'de 1 Ohm'dur. Bu, bu empedansta 1V'luk bir voltaj düşüşü alacağınız anlamına gelir. 1.8V'dan başlayan bir güç kaynağınız varsa ve çipiniz ihtiyaç duyduğunda 0.8V'a düştüyse, sorun yaşarsınız.

Şimdi, bir grup ayırma başlığı ekledikten sonra aynı senaryoyu düşünün, bu, güç dağıtım şebekesinin empedansını 0.05 Ohm'a düşürür. Şimdi aynı 1A çekişi için sadece 50mV'luk bir voltaj düşüşü görüyorsunuz ki bu çok daha tolere edilebilir bir sayı.

Yukarıdaki resimde basit bir baharat simülasyonundan iki farklı senaryoyu görebilirsiniz. Yeşil, kapasitörsüz kartın empedansıdır ve mavi, birkaç farklı değer ayrımı kapasitörü eklendikten sonradır.

resim açıklamasını buraya girin

Aslında buradan daha mutlu bir şekilde karmaşıklaşıyor, sadece 100MHz'de akım değil, bir dizi frekans çekiyorsunuz ve genellikle çip satıcısından ne olduklarını bilmiyorsunuz. Bunun yerine bir dizi beklenen değer için tasarım yaparsınız. Altera'nın daha ayrıntılı olarak açıklayan güzel bir makalesi var ve üzerinde çok sayıda kitap var.

Umarım bu biraz yardımcı olur, yukarıda gördüğünüz gibi, kapasitörlerinize daha fazla empedans eklemenin onları daha az etkili hale getireceğini görebilirsiniz (sönümleme hakkında bazı tartışmalar var ...). Aslında bu Altera resmine yakından bakarsanız, herhangi bir gerçek dünya kondansatörünün ve montajının bir parçası olan parazit indüktörleri ve dirençleri göreceksiniz. Dekuplajın gerçekten önemli olmaya başladığı yüksek hızlı tahtalar tasarlayan insanlar, düzende olanları en aza indirgemek ve en düşük parazitik değerlere sahip bileşenleri seçmek için çok zaman harcarlar.


6

Temel olarak haklısın. Bir ayırma kapasitörü gereklidir, çünkü

  • güç kaynağından tüketen çipe kadar olan iz indüktör gibi davranır
  • güç kaynağının kendisi sonsuz hızlı değildir, aşağı yukarı küçük seri indüktörlü ideal bir güç kaynağı gibi davranır

ayırıcı kapasitör (ler) ve bu endüktanslar bir düşük geçişli / yüksek bloklu filtre oluşturur. Veya başka bir deyişle, tüketen çipin aldığı voltajı stabilize ederler.


1

Sadece bakır izleri değil, tüm parazit dirençleri: mevcut lavabonun giriş empedansı, kaynağın çıkış empedansı vb. (Çalıştığınız frekanslara bağlıdır)


-1

Aslında mükemmel bir sisteme baktığımızda seri direncin kendisi sıfır. Dolayısıyla ac voltajlar mükemmel iletilirken (kısa devre gibi) dc voltajlar aktarılmaz. Bir frekansı hesapladığınız standart bir filtre gibi değildir, daha çok sisteminizi kaynağın dc kısmından ayırmakla ilgilidir. Ve normal yüksek geçiş filtresinde seri dirençlere değil toprağa bağlanan direnç vardır.

Bu belirli bir frekansı filtrelemek için kullanılmaz, bu sadece sinyali (ac kısmı) iletmek için kullanılır. Bu yüzden ayırma kapasitörü denir.


Bence ayırmak yerine AC kuplaj kapasitörleri demek istediniz . Bu durumda bile, toprağa bağlayan bir dirence ihtiyacınız olacağını düşündüm.
Rafael

Tabii ki yere doğru r hakkında haklısın. Bunu yazımda düzenledim, soru seri direnç ve filtre kullanımlarıyla ilgili olduğu için bana geldi
Sider

Diğer noktanız hakkında: DC kısmını ayırmak yazdım, ya da yorumunuzu yanlış anlıyor muyum?
Sider

Tamam. Ne demek istediğini anladım. Sadece düzgün bir DC sinyali almak için, devrenin diğer bölümlerinden gelen gürültüyü filtrelemek istediğinizde ayırma teriminin normal olarak kullanıldığını düşündüm . Başka bir deyişle, dediğimiz DC ayırma , ben çağırır AC bağlantı .
Rafael
Sitemizi kullandığınızda şunları okuyup anladığınızı kabul etmiş olursunuz: Çerez Politikası ve Gizlilik Politikası.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.