電源完整性之電流充放電的過(guò)程

大家一聽(tīng)到PI（電源完整性），可能紛紛就想到通流能力啊，去耦電容放置啊，目標(biāo)阻抗啊，電源紋波啊，平面諧振啊等等名詞，其實(shí)他們都是關(guān)于電源噪聲的不同反映方式，這些那么高大上的東西還是放在后面再細(xì)細(xì)道來(lái)吧，作為本系列第一篇，我們還是講下看上去很基本的東西:電流充放電的過(guò)程。
雖然這個(gè)概念大家覺(jué)得沒(méi)什么好說(shuō)的，但是其實(shí)這是非常需要了解的過(guò)程，因?yàn)楫a(chǎn)生各種電源噪聲的來(lái)源都是它，因?yàn)橛须娏鲗?duì)芯片的充放電，才有了后面各種電源噪聲問(wèn)題。
下面是我們生活中最常見(jiàn)的東東---手機(jī)電池。

大家可能都把注意力集中在玩手機(jī)，沒(méi)有很仔細(xì)的看電池的參數(shù)吧。買一部手機(jī)大家一定會(huì)關(guān)注它的電池容量吧，如圖上所示，2250毫安。這其實(shí)是一個(gè)怎樣的衡量單位呢？（偷偷告訴大家，其實(shí)本人也是最近才有了正確的認(rèn)識(shí)。）其實(shí)它正確的讀法是毫安時(shí)，2250毫安每小時(shí)才是它正確的打開方式。它表示什么意思呢？看下圖，它其實(shí)是表示對(duì)電池充電電流是2250毫安的時(shí)候，要充一個(gè)小時(shí)才可以達(dá)到滿電，按上圖電池說(shuō)的是充到3.7V滿電，這里電池就是相當(dāng)于下圖的容性負(fù)載。

然后我們知道，大多數(shù)芯片負(fù)載都是容性負(fù)載，這其實(shí)和電池是一樣的，唯一不同的，肯定就是電容的容值啦，我們看到的電池都那么大，用我們能想到最簡(jiǎn)單的計(jì)算公式C=ε*A/d，就可以猜到它的容量肯定很大。
我們不說(shuō)電池的事了，因?yàn)楫吘瓜衩脒@種單位在我們SI,PI的研究字典里面實(shí)在太罕見(jiàn)了，我們更熟悉的是ns，ps這種。因此我們來(lái)研究下下面這種情況，更符合我們的習(xí)慣。

這里有三個(gè)變量，分別是充電電流大小，充電時(shí)間和電容容值，我們首先分別給它一個(gè)初始值，我們就可以得到它的充電的電壓了，它表示我們?cè)?ns的時(shí)間用5mA的電流給5pf的電容充電，能充到5V的電壓（是不是有點(diǎn)拗口）。

是怎么得到的呢？公式也很簡(jiǎn)單：I=C*dV/dt。然后我們就有了下面幾種結(jié)論。

然而我們還有這么一種想法，如果都充電到5V，除了5ns的時(shí)間用5mA的電流給5pf的電容充電，有沒(méi)有其他的搭配呢？答案當(dāng)然是有的。

我們用12.3mA的充電電流只需要充電2ns就可以充到5V，這意味著如果我們想充電更快的話，可以用更大的電流進(jìn)行充電。這說(shuō)明我們想把器件做得更高速的時(shí)候，我們芯片需要擁有更大的輸出電流，才能滿足更快的充放電時(shí)間，滿足更快的高低電平的切換。

編輯：hfy