Почему для развязывающих / байпасных конденсаторов не нужны резисторы для их работы, как обычные фильтры?

Почему для развязывающих / байпасных конденсаторов не нужны резисторы для их работы, как обычные фильтры?

Это потому, что паразитного сопротивления медных следов достаточно, чтобы фильтровать, наряду с конденсатором, частоты, на которые нацелены развязывающие колпачки?

Я бы не думал, что разделительный конденсатор является фильтром, как вы описываете. Подобно этому RC-фильтру, где источником шума является источник питания, а ваши «развязывающие» конденсаторы помогают отфильтровать его до того, как он достигнет вашего чипа.

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Он не удерживает шум от попадания на ваш чип, как мог бы маленький PI-фильтр, он помогает вашему чипу не создавать шум :) У вас есть чип, и у него будут динамические требования к току, которые со временем меняются. Другими словами, когда ваша микросхема делает свое дело, она потребляет мощность на разных частотах, скажем, переключая свои транзисторы.

Теперь в идеальном мире у вас просто будет идеальный источник питания без импеданса между ним и вашим чипом. Ваш чип может потреблять столько тока, сколько он хочет, на любой частоте, которую он хочет, и часть моей работы станет намного проще;)

По правде говоря, есть паразитные компоненты, в частности, паразитная индуктивность, которая будет ограничивать величину тока, который вы можете тянуть на определенной частоте при данном падении напряжения. Импеданс этих паразитных индукторов увеличивается с частотой, так что в какой-то момент вы не сможете вытягивать сколько-нибудь значимое количество тока. Ваш чип, вероятно, хочет быть в некотором диапазоне, скажем, 1,8 В +/- 0,5%, он был разработан и рассчитан на работу в этом диапазоне. Если вы не обеспечите правильный путь с низким импедансом для всех его потребностей, вы можете в конечном итоге сбросить напряжение за пределы этого диапазона, например, что может привести к нежелательной работе.

Вот хорошая картина распределительной сети от Altera. Он включает в себя регулятор напряжения и его полное сопротивление источника, развязывающие колпачки и некоторые паразитные характеристики пакета.

Если вы только что вышли и спроектировали плату без развязывающих колпачков, то каждый раз, когда вам нужен ток, вам придется проходить через это соединение с очень высоким импедансом от вашего чипа по всей плате и обратно к регулятору и, надеюсь, его объем. конденсаторы. Это будет хорошо работать для низкой частоты, но с увеличением вашей частоты эта паразитная индуктивность означает, что сопротивление между вами и вашим источником питания также увеличится. Из закона Ома вы знаете, что если вы поддерживаете постоянный ток, но увеличиваете сопротивление (в нашем случае полное сопротивление), то падение напряжения на этом сопротивлении также должно увеличиваться. Чтобы бороться с этим и снизить импеданс pdn, мы используем развязывающие конденсаторы. В PDN мы называем это пульсация напряжения,

В качестве примера давайте просто посмотрим на одну частоту, скажем, 100 МГц. Тогда предположим, что вы вообще не использовали развязку и решили использовать 1 Amp на частоте 100 МГц. Но полное сопротивление от источника питания через индуктивность плоскостей и, возможно, объемных колпачков к чипу составляет 1 Ом на частоте 100 МГц. Это означает, что вы получите падение напряжения на 1 В на этом сопротивлении. Если у вас был источник питания, начинающийся с 1,8 В, и он падал до 0,8 В, когда ваш чип нуждался в этом, у вас были бы проблемы.

Теперь подумайте о том же сценарии, после того как мы добавили несколько развязывающих колпачков, это уменьшает сопротивление сети доставки питания до 0,05 Ом. Теперь для этого же чертежа 1А вы видите падение напряжения только на 50 мВ, что намного более приемлемо.

На рисунке ниже вы можете увидеть два разных сценария из простого моделирования специй, описанного выше. Зеленый - это сопротивление для платы без конденсаторов, а синий - после того, как было добавлено несколько разделительных конденсаторов с различными значениями.

На самом деле, к счастью, все становится сложнее, чем здесь, вы не просто потребляете ток на частоте 100 МГц, но в диапазоне частот, и вы часто не знаете, что они от производителя чипов. Вместо этого вы разрабатываете для диапазона ожидаемых значений. У Altera действительно есть хорошая статья, объясняющая это более подробно, и есть много книг об этом.

Надеюсь, это несколько поможет, я думаю, вы можете видеть из вышесказанного, что добавление большего сопротивления к вашим конденсаторам сделает их менее эффективными (ну, есть некоторые споры о демпфировании ...). На самом деле, если вы внимательно посмотрите на эту картину Altera, вы увидите паразитные катушки индуктивности и резисторы, которые являются частью любого реального конденсатора и его монтажа. Люди, разрабатывающие высокоскоростные платы, для которых развязывание становится действительно важным, тратят много времени на то, чтобы свести к минимуму их размеры и выбрать компоненты с наименьшими паразитными значениями.

Вы в основном правы. Разделительный конденсатор необходим, потому что

• след от источника питания до потребляющего чипа ведет себя как индуктор
• сам источник питания не бесконечно быстр, он более или менее ведет себя как идеальный источник питания с небольшим последовательным индуктором

развязывающий конденсатор (ы) и эти индуктивности образуют фильтр нижних частот / высокочастотных блоков. Или, другими словами, они стабилизируют напряжение, которое получает потребительский чип.

Не только медные следы, все паразитные сопротивления: входное сопротивление источника тока, выходное сопротивление источника и т. Д. (Зависит от частот, которые вы изучаете)

На самом деле посмотрел на идеальную систему, сам последовательный резистор равен нулю. Таким образом, напряжение постоянного тока не передается, в то время как напряжение переменного тока передается идеально (например, короткое замыкание). Это не стандартный фильтр, в котором вы вычисляете частоту, это скорее разделение вашей системы от части постоянного тока источника. И в обычном фильтре верхних частот у вас есть резистор, подключаемый к земле, а не последовательные резисторы.

Это не используется для фильтрации определенной частоты, это используется для передачи только сигнала (часть переменного тока). Вот почему его называют развязывающим конденсатором.