1、电源系统噪声余量分析
绝大多数芯片都会给出一个正常工作的电压范围，这个值通常是±5%。老式的稳压芯片的输出电压精度通常是±2.5%，因此电源噪声的峰值幅度不应超过±2.5%。精度是有条件的，包括负载情况，工作温度等限制，因此要有余量。
电源噪声余量计算
比如芯片正常工作电压范围为3.13V到3.47V之间，稳压芯片标称输出3.3V。安装到电路板上后，稳压芯片输出3.36V。那么容许电压变化范围为3.47-3.36=0.11V=110mV。稳压芯片输出精度±1%，即±3.363*1%=±33.6mV。电源噪声余量为110-33.6=76.4mV。
2、电源噪声是如何产生
第一，稳压电源芯片本身的输出并不是恒定的，会有一定的波纹。
第二，稳压电源无法实时响应负载对于电流需求的快速变化。稳压电源芯片通过感知其输出电压的变化，调整其输出电流，从而把输出电压调整回额定输出值。
第三，负载瞬态电流在电源路径阻抗和地路径阻抗上产生的压降，引脚及焊盘本身也会有寄生电感存在，瞬态电流流经此路径必然产生压降，因此负载芯片电源引脚处的电压会随着瞬态电流的变化而波动，这就是阻抗产生的电源噪声。
3、电容退耦的两种解释
采用电容退耦是解决电源噪声问题的主要方法。这种方法对提高瞬态电流的响应速度， 降低电源分配系统的阻抗都非常有效。
3.1 从储能的角度来说明电容退耦原理
在制作电路板时， 通常会在负载芯片周围放置很多电容， 这些电容就起到电源退耦作用。其原理可用图 1 说明。
图1 去耦电路
当负载电流不变时，其电流由稳压电源部分提供，即图中的I0，方向如图所示。此时电容两端电压与负载两端电压一致，电流Ic为0，电容两端存储相当数量的电荷，其电荷数量和电容量有关。当负载瞬态电流发生变化时，由于负载芯片内部晶体管电平转换速度极快，必须在极短的时间内为负载芯片提供足够的电流。但是稳压电源无法很快响应负载电流的变化，因此，电流I0不会马上满足负载瞬态电流要求，因此负载芯片电压会降低。但是由于电容电压与负载电压相同，因此电容两端存在电压变化。对于电容来说电压变化必然产生电流，此时电容对负载放电，电流Ic不再为0，为负载芯片提供电流。只要电容量C足够大，只需很小的电压变化，电容就可以提供足够大的电流，满足负载态电流的要求。
相当于电容预先存储了一部分电能，在负载需要的时候释放出来，即电容是储能元件。储能电容的存在使负载消耗的能量得到快速补充，因此保证了负载两端电压不至于有太大变化，此时电容担负的是局部电源的角色。
从储能的角度来理解电源退耦，非常直观易懂，但是对电路设计帮助不大。从阻抗的角 度理解电容退耦，能让我们设计电路时有章可循。实际上，在决定电源分配系统的去耦电容 的时候，用的就是阻抗的概念。
3.2 从阻抗的角度来理解退耦原理
将图 1 中的负载芯片拿掉，如图 2 所示。从 AB 两点向左看过去，稳压电源以及电容退耦系统一起，可以看成一个复合的电源系统。这个电源系统的特点是：不论 AB 两点间 负载瞬态电流如何变化，都能保证 AB 两点间的电压保持基本稳定，即 AB 两点间电压变 化很小。
我们可以用一个等效电源模型表示上面这个复合的电源系统，如图 3
对于这个电路可写出如下等式：
我们的最终设计目标是，不论 AB 两点间负载瞬态电流如何变化，都要保持 AB 两点 间电压变化范围很小，根据上面公式，这个要求等效于电源系统的阻抗 Z 要足够低。在图 2 中，我们是通过去耦电容来达到这一要求的，因此从等效的角度出发，可以说去耦电容降低 了电源系统的阻抗。另一方面，从电路原理的角度来说，可得到同样结论。电容对于交流信 号呈现低阻抗特性，因此加入电容，实际上也确实降低了电源系统的交流阻抗（1/jwc）。
从阻抗的角度理解电容退耦，可以给我们设计电源分配系统带来极大的方便。实际上， 电源分配系统设计的最根本的原则就是使阻抗最小。 最有效的设计方法就是在这个原则指 导下产生的。
4、实际电容的特性
正确使用电容进行电源退耦，必须了解实际电容的频率特性。理想电容器在实际中是不存在的，这就是为什么常听到“电容不仅仅是电容”的原因。
实际的电容器总会存在一些寄生参数，这些寄生参数在低频时表现不明显，但是高频情 况下，其重要性可能会超过容值本身。图 4 是实际电容器的 SPICE 模型，图中，ESR 代表 等效串联电阻，ESL 代表等效串联电感或寄生电感，C 为理想电容。
等效串联电感（寄生电感）无法消除，只要存在引线，就会有寄生电感。这从磁场能量变化的角度可以很容易理解，电流发生变化时，磁场能量发生变化，但是不可能发生能量跃变，表现出电感特性。寄生电感会延缓电容电流的变化，电感越大，电容充放电阻抗就越大，反应时间就越长。
自谐振频率点是区分电容是容性还是感性的分界点，高于谐振频率时，“电容不再是电容”，因此退耦作用将下降。
电容的等效串联电感和生产工艺和封装尺寸有关，通常小封装的电容等效串联电感更低，宽体封装的电容比窄体封装的电容有更低的等效串联电感。
在电路板上会放置一些大的电容，通常是坦电容或电解电容。这类电容有很低的ESL，但是ESR很高，因此Q值很低，具有很宽的有效频率范围，非常适合板级电源滤波。
电路的品质因数越高，电感或电容上的电压比外加电压越高。Q值越高在一定的频偏下电流下降得越快，其谐振曲线越尖锐。也就是说电路的选择性是由电路的品质因素Q所决定的，Q值越高选择性越好。
5、局部去耦设计方法
为保证逻辑电路能正常工作，表征电路逻辑状态的电平值必须落在一定范围内。比如对于3.3V逻辑，高电平大于2V为逻辑1，低电平小于0.8V为逻辑0。
把电容紧邻器件放置，跨接在电源引脚和地引脚之间。正常时，电容充电，存储一部分电荷。这样电路转换所需的瞬态电流不必再由VCC提供，电容相当于局部小电源。因此电源端和地端的寄生电感被旁路掉了，寄生电感在这一瞬间没有电流流过，因而也不存在感应电压。通常是两个或多个电容并联放置，减小电容本身的串联电感，进而减小电容充放电回路的阻抗。
注意：电容的摆放、安装距离、安装方法、电容选择
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