電源去耦電路淺析

　　談到DC-DC轉換 (及抗噪)，探討的問(wèn)題一般涉及各種器件，如采用各種系統結構的線(xiàn)性穩壓器和開(kāi)關(guān)穩壓器 。設計工程師必須注意這些器件的性能特性，如負載和線(xiàn)路調整、電噪聲、開(kāi)關(guān)噪聲、輸入與輸出驅動(dòng)、有效功率以及熱量管理。但就所有這些設計問(wèn)題的核心而言，DC-DC轉換最基本的定義就是通過(guò)零輸出阻抗和無(wú)噪聲電路，將DC電壓轉換為另一種DC電壓 (即使是相同電壓) ！ 。如果您設計的每一種集成電路中，每個(gè)電源引腳連接無(wú)噪聲、0 Ω 輸出阻抗DC-DC轉換器，電路不會(huì )出現電源導致性能下降的現象，達到極為出色的效果。因此，必須了解能夠達到這樣性能水平的無(wú)本底噪聲DC-DC轉換器！

圖1. “LC” DC-DC轉換器去耦網(wǎng)絡(luò )

　　如圖1所示“LC”網(wǎng)絡(luò )。這是一種帶噪聲抑制功能的最基本DC-DC轉換器。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，在盡可能靠近加電器件處放置一支電容C1，將其連接“LC”網(wǎng)絡(luò )輸入電源的同一地線(xiàn)，即可構成理想的0 Ω輸出阻抗無(wú)噪聲DC-DC轉換器。其基本原理是去耦概念。

　　去耦的意思是將電路的一部分與另一部分斷開(kāi)。一個(gè)帶電器件 (DUT) 產(chǎn)生的噪聲可以通過(guò)串聯(lián)元件 (如電感器 (L1)) 與穩壓器分開(kāi)，然后通過(guò)電容 (C1) 等并聯(lián)元件接地。例如，當需要調整 DUT 電壓時(shí)，改變 DUT 電壓顯而易見(jiàn)電流也會(huì )發(fā)生變化。穩壓器必須適應電流的變化，盡可能減小電壓變化。如果穩壓器不能對 DUT 所需電量立即做出響應，DUT 電壓也會(huì )發(fā)生變化，造成系統性能?chē)乐叵陆怠?/p>

　　“LC”網(wǎng)絡(luò )在這方面發(fā)揮極為重要的作用。去耦電容 C1可以用作DUT的本地能源。電容不能提供總DC電量，因為它僅保存了少量能量，但這種能量可以極快的速度對DUT的AC電流變化做出響應。電容有效維持本地電源電壓，頻率可由kHz至GHz (毫秒到納秒)。電感器用來(lái)隔離穩壓器與DUT。電感器 DC (和低頻) 阻抗應為0 Ω，高頻應為高阻抗?！　∵@種高頻高阻抗可在電容通過(guò)器件引腳為DUT提供本地電源時(shí)，避免穩壓器為DUT提供高頻電源。電感器還可以構成LC濾波電路，降低加電狀態(tài)下穩壓器對DUT的輸出噪聲，同時(shí)還可以濾除DUT產(chǎn)生的噪聲，防止破壞穩壓器輸出 (以及穩壓器輸出連接的其他電路)。DC完全透明，彼此之間以及每條帶電電路與穩壓器輸出安全隔離是去耦的最低要求！

　　下面來(lái)看實(shí)際“LC”網(wǎng)絡(luò )。我們知道，電感器的電抗是XL=ωL，電容的電抗XC=1/ωC。DC處，電感器的電抗 (ωL) 理想狀態(tài)下為零，但隨著(zhù)頻率上升，可提高到無(wú)窮大 (理想狀態(tài)下)。這種情況與電容正好相反。DC處，隨著(zhù)頻率上升，電容的電抗 (1/ωC) 下降，并且在理想狀態(tài)下保持無(wú)窮大。當然，在特定頻率處，這兩個(gè)電抗相等，但符號相反。處于這種情況時(shí)的頻率稱(chēng)為諧振頻率f。因此：

　　XL=-XC

　　ωL=1/ωC

　　將角頻率轉換為Hz，我們得到

　　2πfL=1/2πfC

　　式中，f代表諧振頻率。

　　f=1/（2π√LC)

　　現在，我們舉例說(shuō)明如何采用通用器件構成“LC”網(wǎng)絡(luò )。如果DUT電源腳處C1=.1uF，L1 選擇2.5 uH，采用現成的VK-200型鐵氧體磁芯電感，諧振頻率約為318 kHz。這個(gè)“LC”網(wǎng)絡(luò )可以帶限穩壓器的輸出噪聲，同時(shí)帶限DUT返回給穩壓器輸出的噪聲，從而將特定DUT與穩壓器“去耦”，防止電路中的另一DUT受到破壞。