電源軌電壓去耦的最壞情況分析
有塊數(shù)字電路板需要對其軌電壓去耦進行“最壞情況”分析,但挑戰(zhàn)在于要確定最壞情況下的電流脈沖情況。
當(dāng)前的任務(wù)是要表明,將軌電壓傳送到一塊元器件稠密的電路板上時,其對于每安培電路板電流變化,不會經(jīng)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(guī)定為不超過3ns。
分析的第一部分是要表征電流漂移。為此設(shè)計了兩個模型:正弦半波和帶位移余弦。如圖1和圖2所示,可以對這兩種情況推導(dǎo)出脈沖輪廓的參數(shù),從而產(chǎn)生3ns的上升時間和3ns的下降時間。
這兩個脈沖模型之間的主要區(qū)別在于,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(dǎo)數(shù)會發(fā)生突變;帶位移余弦模型可以使這些過渡變得平滑,因此沒有一階導(dǎo)數(shù)突變。其結(jié)果很快就會顯而易見。
圖1:正弦半波脈沖模型在電流的起止位置具有拐角,在這些地方一階導(dǎo)數(shù)會發(fā)生突變。
圖2:帶位移余弦脈沖模型使過渡變得平滑,因此沒有一階導(dǎo)數(shù)突變。
把這兩個脈沖模型重疊起來就會發(fā)現(xiàn),盡管它們倆有所不同,但是確實彼此非常接近。
圖3:兩個脈沖模型非常接近。
圖4:電路板和電源電容器可以看作五個R、L、C的組合。
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(guān)于單個電容器,還有一些是關(guān)于多組電容器(圖4)。性能分析方法是將符合所選脈沖模型的電流脈沖注入,然后使用遞歸微分方程檢查圖5所示的電壓結(jié)果“e”。
圖5:用遞歸微分方程檢查電壓結(jié)果(本例中j=5)。
由于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(jié)果如圖6所示。
圖6:從圖中可知兩種脈沖模型的軌電壓漂移情況。
上述結(jié)果表明,兩種電流脈沖模型均符合<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(xiàn)實世界中,這只是實際情況的近似值。