淺談電源去耦——電源去耦的原因

淺談電源去耦系列第一篇，希望從定性的角度談?wù)勛约簩﹄娫慈ヱ畹睦斫?。希望大家支持，不足之處也請各位多多指正?/p>

淺談電源去耦——電源去耦的原因

理想的電源：

“理想的電源”的電壓是穩(wěn)定不變的，沒有任何噪聲的，輸出功率是不受限制的，并且響應(yīng)速度是無限快的。即無論負(fù)載的消耗的電流如何變化、以怎樣的速度變化，電源的電壓都應(yīng)該是一個穩(wěn)定不變的值。不會受到負(fù)載的任何影響，也完全符合的負(fù)載的供電需求，不會影響負(fù)載的正常工作。

2

實際電路常用電源器件的簡單介紹：

電子電路中經(jīng)常使用的實際電源器件由兩種：

1)、線性穩(wěn)壓器:

這種電源的原理結(jié)構(gòu)圖一般如下所示

利用負(fù)反饋的原理，將輸出的電壓通過兩個電阻分壓之后反饋到“運放”的輸入端，而運放的另一輸入端接一固定的參考電壓Vref，根據(jù)虛短虛斷和負(fù)反饋的原理，運放會自動調(diào)節(jié)輸出電壓，從而調(diào)節(jié)調(diào)整管的導(dǎo)通電阻（圖中的FET），使輸出電壓Vout和Vref之間滿足Vout·R2/（R1+R2）=Vref?？梢?，線性穩(wěn)壓電源可以等效成為一個串聯(lián)在電源和負(fù)載之間的可變電阻，當(dāng)電源的電壓或負(fù)載電流發(fā)生變化時，該電阻的阻值隨之變化，從而使負(fù)載分到的電壓保持不變。

2)、開關(guān)電源：

以升壓型開關(guān)電源為例，其一般結(jié)構(gòu)如下圖

圖中的FET起開關(guān)作用，F(xiàn)ET導(dǎo)通時電源對電感和電容充電，并且給負(fù)載提供能量，F(xiàn)ET關(guān)斷時，電感電容中儲存的能量通過續(xù)流二極管形成回路，給負(fù)載提供電能。控制FET開關(guān)的占空比就可以調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。

電子電路中常用的電源就是以上兩種，這兩種各有優(yōu)缺點，使用場合也有差別，并且每種都可繼續(xù)細(xì)分為多種子類，這已經(jīng)超出了本篇電源去耦的范疇。從上面簡單的介紹中我們可以看出這兩種實際的電源都是有局限性的。

3

實際電源與理想電源的差距：

（1）實際電源器件的特性與理想電源之間有差距：

響應(yīng)速度：前面說線性穩(wěn)壓電源是通過負(fù)反饋來改變調(diào)整管的導(dǎo)通電阻實現(xiàn)穩(wěn)壓的。但運放的帶寬都是有限的，并且負(fù)反饋的過程需要一定的時間。所以實際的線性穩(wěn)壓電源是需要一定的響應(yīng)時間。換句話說，當(dāng)輸入電壓或負(fù)載的電流變化速度過快或幅度過大時，電源器件來不及響應(yīng)或不能完全消除這種變化，則負(fù)載的供電電壓就會變化，影響負(fù)載的正常工作。

噪聲特性：開關(guān)電源由于工作在開關(guān)狀態(tài)下，即電路內(nèi)部有電流的急劇變化，所以噪聲相對線性穩(wěn)壓器更大。并且電源內(nèi)部的各種半導(dǎo)體器件自身也有噪聲。這些噪聲和電源的不理想特性都會對負(fù)載造成一定的影響。

具體描述電源器件特性的參數(shù)有線性調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率、輸出電壓噪聲等。

（2）PCB走線對電源質(zhì)量有影響：

我們都知道，高速的PCB一般都是多層板，其中有專用的電源層，目的是減小電源線的寄生電感。電感的作用是阻礙電流的迅速變化，如果電源線的寄生電感很大，則當(dāng)負(fù)載突然需要電流的時候，無法及時的從電源處獲取。而寬大的電源平面可以將寄生電感最小化，提高電源的質(zhì)量。

而即使如此，寄生電感還是存在的。為了提供芯片需要的瞬時電流，經(jīng)常在芯片引腳處放置去耦電容（電容的電流可突變，電壓不可突變）。

（3）外界干擾對電源質(zhì)量有影響：

電源線在走線過程中也會受到板上其他信號和空間的電磁干擾的影響從而噪聲變大。去耦電容可以有效的濾除這些噪聲

4

總結(jié)

電源去耦的最終目標(biāo)是為了負(fù)載能夠正常工作，使電源特性更加接近理想電源——能快速響應(yīng)負(fù)載的電流需求、電壓穩(wěn)定、干凈無噪聲。使電路各部分之間通過電源產(chǎn)生的耦合干擾降至最小。