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详细说明(3)100nF旁路电容器

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上一节详细介绍了分支电容器在数字电路系统中的基本和重要作用:能量存储和为高频噪声电流提供低阻抗路径。分支电容器的这些功能未进行汇总,但是分支电容器的主要功能是功率完整性(PI),信号完整性(信号完整性,SI)。高速数字PCB设计中的重要组成部分。有机会详细解释。

实际上,旁路电容器的这两个基本功能在某种意义上是完全集成的。通过存储旁路电容器的能量,您可能认为给了高频开关一个瞬间的负载(开关),从而避免了高功率,而开关所需的能量是靠近芯片的并联电容器。由于已经获得了频率噪声,因此频率噪声会从芯片进一步扩散。并联电容器也可以被认为提供了低阻抗路径。对于高频噪声电流,需要来自较远电源的瞬时充电功率,以避免高频开关。

有经验的工程师会注意到,旁路电容器的电容几乎为零。

1uF(100nF)。这在数字电路中最常见。下图显示了FPGA芯片的旁路电容器。

这个价值是如何产生的?

本节涵盖了该主题。

如上所述,实际的电容器具有自谐振频率。考虑到这一因素,数字电路中旁路电容器的电容通常不超过1uF。当然,累积负载不能满足开关要求,因此电容太小,但是瞬时负载的旁路电容器容量是多少?

逆变器逻辑芯片(74HC04)的最简单示例用于计算。

实际芯片的每个逻辑门的基本结构如下所示(以下摘自Philips74HC04数据表)

下图显示了每个CMOS反相器的基本结构(有关详细信息,请参见文章[Logic Gate(1)])。

每个“与非”门(门)由三个串联的反相器组成,如下图所示(有关逻辑芯片的设计原因,请参见逻辑门文章)。

在上图中,CI表示芯片信号引脚的输入电容(输入电容),CL表示输出负载电容(输出负载电容)。

对于每个逆变器级,最后一级逆变器的输入电容器CI用作前一级开关的输出负载容量。当然,逆变器开关具有某些寄生输出电容,该电容也包含在内部CLEn中。NOR门(包括三个反相器)的等效负载容量对于电源来说都是必需的。切换内部逻辑矩阵开关时的VDD电源(换句话说,切换负载和卸载操作开关时需要此等效负载容量),此逻辑矩阵开关的等效容量通常在数据表中描述。CPD(功率耗散电容门)的数据如下图所示。

注:在本数据手册中,CPD是一个非逻辑门(PerGate)等效开关电容。


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