电源旁路和总线技术在高性能电路中的应用

摘 要：电源噪声以及EMI/RFI一直是工程师在设计时的麻烦问题，本文分析了产生这些噪声的原因及消除方法，结合笔者的实际测试结果，给出了一种新型的平极型电容器去耦降噪的新方法。

关键词：去耦；噪声抑制；平板电容；PCB板

分类号：TM531.3 文献标识：B 文章编号：1006-6977（2000）06-0038-03 IC设计与封装设计的进步使其对电路的旁路要求更加严格，除非能对电源网络进行合理的旁路与分布，否则由高性能IC组装的电路很难按预想的方式工作，即便对电路设计进行了非常接近实际的仿真，并且采用的每个元件都经过了严格的测试，但往往仍不能保证初次设计的电路板就能正常工作，由于皮秒级信号上升时间容易产生地电位反冲和电源电压降问题，特别是大量门电路同时开关的时候，类似芯片载体的高密封装芯片的这种问题就更为严重。另一方面，IC技术在发展中也引起了诸如PCB板内噪声的产生、EMI和RFI辐射的增加等问题，并因此增加了系统对EMI和RFI的灵敏度，使系统的性能不能达到预期的设计目标。一般情况下，IC的工作电压为3～5V，这种情况下噪声余量的减小使电源旁路更加困难。对于大多数电子系统来说，最主要的辐射源是系统内的电路板，特别是有传输瞬态电流长印制线的电路板，都具有较大的噪声频谱分量。

如果只有直流电流流通时，电源分布系统是不会产生辐射的，但是在IC的逻辑开关期间，IC要拉动较大的瞬态电流，这些电流脉冲的上升和下降都非常迅速，在30MHz～1GHz范围内有很丰富的频谱分量，而且IC越快，带内频谱下降部分越大。由于系统需要很高的工作速度，所以不可能采取增加上升沿和下降沿时间的方法来减少噪声。

设计者通常采用给系统内每一个IC都去耦的方法，很少关心去耦电容的容值和等效串联电感，实际上选择合适的电容值对电路的噪声抑制效果是很重要的，所以最好采取相关的分析方法针对不同的电路选用最佳的电容值。

在IC的去耦电路中，电容实质上相当于一个局部能源，门电路开关可给芯片提供瞬时电流，如果没有旁路，印制线的阻抗将在电源线上产生压降。一个典型的IC去耦电路等效模型。典型的无旁路电源印制线动态阻抗大约为50～100Ω，如果无旁路电容，该阻抗将产生一个不小的电源压降。

假如一个8缓冲器的每个缓冲器的输出都可看作50Ω的动态负载，输出电压2.5V，电流摆幅50mA，如果8个缓冲器同时工作，最大变化电流为400mA，信号开关速度3ns，压降0.1V，那么正确的旁路电容值应是0.012μF。再如一个DRAM电路，如果刷新电流为50mA，闲置电流为5mA，那么ΔI是45mA，刷新时间为250ns，允许最大压降ΔU=0.025V，那么C=(ΔI

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