SSO的LC電源濾波電路算法完善

經(jīng)由過(guò)程LC 濾波電路對芯片的供電系統進(jìn)行濾波是完善同步輸出開(kāi)關(guān)噪聲的主要手段，文章針對該課題提出了一種完善SSO 的LC 電源濾波電路算法與設計。首先提出了L 型LC 濾波電路的等效模子，介紹了其具體工作事理，并經(jīng)由過(guò)程理論推導給出了內部參數的定量計較公式;然后按照L 型濾波電路的缺陷，引入了π型LC 濾波電路等效模子，并介紹了其工作事理和響應的參數取值;接著(zhù)給出了LC 濾波電路的LAYOUT 設計的要求。最后是關(guān)于該設計電路的總結。

　　1 引 言

　　同步開(kāi)關(guān)噪聲(SSN)是由IO 輸出緩沖同時(shí)開(kāi)關(guān)產(chǎn)生的，也被稱(chēng)作同步開(kāi)關(guān)輸出噪聲(SSO)。產(chǎn)生SSO 的一個(gè)主要原因是電源分配系統(PDS)存在阻抗。今朝常用的體例是在緊靠芯片的電源輸入端加足夠的退耦電容，可以起到穩壓的浸染，可是因為電源平面和芯片電源平面沒(méi)有有用的隔離，電源平面上存在的噪聲干擾很輕易進(jìn)入到芯片的供電平面上，最終傳導到SSO 上，使得SSO 惡化。本文提出了L 型和π 型LC 濾波電路設計方案，可以有用隔離兩個(gè)平面之間的中高頻噪聲干擾，完善SSO 問(wèn)題。

　　2 π 型LC 電源濾波電路

　　2.1 π 型LC 電源濾波電路模型及工作原理

　　由于電源系統提供的前端輸入電源V 實(shí)際中是一個(gè)變化的值，里面有很多紋波成分，當0 0 ωn 2ω 時(shí)，LC 電路對紋波有放大作用，所以產(chǎn)生了L 型LC 濾波電路的改進(jìn)型—π 型LC 電源濾波電路(見(jiàn)圖一)。具體就是在電感前端增加濾波電容，形成π 型。這樣輸入電源首先要經(jīng)過(guò)一級初級濾波，然后再進(jìn)入LC 濾波電路，這樣可以有效地完善LC 濾波電路的濾波效果。

　　圖一 π 型LC 電源濾波電路

　　3.2 π 型LC 濾波電路算法分析

　　C2 要選擇一個(gè)合適的值，選擇過(guò)大會(huì )增加成本，過(guò)小會(huì )影響濾波效果，實(shí)踐中取C2=C1，其構成類(lèi)似于二階巴特沃斯濾波器，巴特沃斯濾波器特點(diǎn)是通帶內頻率響應曲線(xiàn)最平坦，阻帶內則逐漸下降為0，這樣可以起到更好的濾波效果。

　　3 L 型LC 電源濾波電路

　　3.1 L 型LC 電源濾波電路模型及工作原理

　　L 型LC 濾波電路的等效模型見(jiàn)圖二。整個(gè)等效模型的元件有電感L 和退耦電容C1。電感L 主要作用是扼制電流的跳變，起到穩流的作用。退耦電容C1 的主要用于抑制由于SSO引起的電壓的跳變，起到穩壓的作用。SSO 可以等效成一個(gè)瞬時(shí)開(kāi)關(guān)的電流源，為了表征最壞的情況，即所有的IO 在同一瞬間一起打開(kāi)，此時(shí)的電流需求就等于芯片在該電壓下的最大工作電流I。

　　圖二 L 型LC 電源濾波電路

　　該電路的工作原理就是當SSO 同時(shí)開(kāi)啟后，產(chǎn)生電流I 的瞬時(shí)需求，首先由C1 放電維持電壓緩慢變化，同時(shí)通過(guò)電感L 對電容進(jìn)行充電。通過(guò)這樣反復的充放電過(guò)程維持芯片輸入端電壓在芯片正常工作電壓的誤差范圍之內。從頻譜角度看，LC 構成了一個(gè)低通濾波器，有效隔離了兩個(gè)平面之間的中高頻噪聲。