ทำไมไม่ decoupling / บายพาสตัวเก็บประจุต้องการตัวต้านทานเพื่อทำหน้าที่ของพวกเขาเช่นตัวกรองปกติ?
เป็นเพราะความต้านทานจรจัดของร่องรอยทองแดงเพียงพอที่จะกรองพร้อมกับตัวเก็บประจุความถี่ที่กำหนดโดยการแยกแคป
คำตอบ:
ฉันไม่คิดว่าตัวเก็บประจุแยกเป็นตัวกรองในแบบที่คุณอธิบาย เช่นเดียวกับตัวกรอง RC เช่นนี้แหล่งที่มาของเสียงคือแหล่งจ่ายไฟและตัวเก็บประจุ "decoupling" ของคุณกำลังช่วยกรองนั้นก่อนที่มันจะไปถึงชิปของคุณ
จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab
มันไม่ได้ส่งเสียงรบกวนจากการไปถึงชิปของคุณเหมือนตัวกรอง PI ขนาดเล็กอาจช่วยให้ชิปของคุณไม่ส่งเสียง :) คุณมีชิปและเขาจะมีความต้องการกระแสไดนามิกที่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลา กล่าวอีกนัยหนึ่งเมื่อชิปของคุณทำสิ่งที่มันดึงพลังงานที่ความถี่ต่าง ๆ เพื่อพูดสลับทรานซิสเตอร์
ในโลกอุดมคติคุณเพียงแค่มีแหล่งจ่ายไฟในอุดมคติโดยไม่มีความต้านทานระหว่างมันกับชิปของคุณ ชิปของคุณสามารถวาดกระแสได้มากเท่าที่ต้องการในความถี่ที่ต้องการและส่วนหนึ่งของงานของฉันจะง่ายขึ้นมาก;)
ในความเป็นจริงมีองค์ประกอบของกาฝากโดยเฉพาะอย่างยิ่งการเหนี่ยวนำกาฝากที่จะ จำกัด ปริมาณของกระแสที่คุณสามารถดึงที่ความถี่เฉพาะด้วยแรงดันไฟฟ้าที่กำหนด อิมพีแดนซ์ของตัวเหนี่ยวนำกาฝากเหล่านั้นเพิ่มขึ้นตามความถี่ดังนั้นในบางจุดคุณจะไม่สามารถดึงกระแสไฟฟ้าที่มีความหมายได้ ชิปของคุณอาจต้องการที่จะอยู่ในช่วงที่บอกว่า 1.8V +/- 0.5% มันได้รับการออกแบบและหมดเวลาทำงานในช่วงนั้น หากคุณไม่ได้เตรียมเส้นทางอิมพีแดนซ์ต่ำที่เหมาะสมสำหรับความต้องการทั้งหมดคุณสามารถจบลงด้วยการลดแรงดันไฟฟ้านอกช่วงนั้นซึ่งอาจนำไปสู่การทำงานที่ไม่พึงประสงค์
นี่เป็นภาพสวย ๆ ของเครือข่ายการกระจายพลังงานจาก Altera มันรวมถึงเครื่องควบคุมแรงดันไฟฟ้าและอิมพีแดนซ์ของแหล่งจ่าย, ตัวแยกแคปและแพ็คเกจปรสิตบางชนิด 
หากคุณเพิ่งออกไปและออกแบบบอร์ดโดยไม่ต้องแคป decoupling ทุกครั้งที่คุณต้องการกระแสคุณจะต้องผ่านการเชื่อมต่ออิมพิแดนซ์ที่สูงมากจากชิปของคุณไปทั่วบอร์ดและกลับไปควบคุมและหวังว่ากลุ่มของเขา ตัวเก็บประจุ มันจะทำงานได้ดีสำหรับความถี่ต่ำ แต่เมื่อความถี่ของคุณเพิ่มขึ้นการเหนี่ยวนำกาฝากหมายถึงความต้านทานระหว่างคุณกับแหล่งจ่ายไฟก็จะเพิ่มขึ้นด้วย คุณรู้จากกฎของโอห์มว่าถ้าคุณรักษากระแสให้คงที่ แต่เพิ่มความต้านทาน (อิมพีแดนซ์ในกรณีของเรา) จากนั้นแรงดันตกคร่อมความต้านทานนั้นจะต้องเพิ่มขึ้นด้วย เพื่อต่อสู้กับสิ่งนี้และลดความต้านทานของ pdn ที่เราใช้ตัวเก็บประจุแยก ใน PDN เราเรียกระลอกแรงดันไฟฟ้านี้
ตัวอย่างเช่นลองดูที่ความถี่หนึ่งว่า 100MHz ถ้าอย่างนั้นคุณก็ไม่ต้อง decoupling เลยและคุณตัดสินใจวาด 1 แอมป์ที่ 100MHz แต่อิมพีแดนซ์จากแหล่งจ่ายไฟผ่านการเหนี่ยวนำของระนาบและบางทีแคปขนาดใหญ่ไปที่ชิปคือ 1 โอห์มที่ 100MHz นั่นหมายความว่าคุณจะได้แรงดันไฟฟ้าตกที่ 1V สำหรับความต้านทานนั้น หากคุณมีแหล่งจ่ายไฟเริ่มต้นที่ 1.8V และลดลงเหลือ 0.8V เมื่อชิปของคุณต้องการคุณจะประสบปัญหา
ตอนนี้คิดเกี่ยวกับสถานการณ์เดียวกันหลังจากที่เราเพิ่มแคปตัวแยกจำนวนมากซึ่งจะช่วยลดความต้านทานของเครือข่ายการส่งพลังงานลงไปที่ระดับ 0.05 โอห์ม ทีนี้สำหรับ 1A เดียวกันนั้นคุณจะเห็นว่าแรงดันตกที่ 50mV นั้นเป็นจำนวนที่ยอมรับได้
คุณสามารถเห็นในภาพด้านล่างสองสถานการณ์ที่แตกต่างกันจากการจำลองเครื่องเทศอย่างง่ายด้านบน สีเขียวเป็นอิมพีแดนซ์สำหรับบอร์ดที่ไม่มีตัวเก็บประจุและสีฟ้าคือหลังจากที่มีการเพิ่มตัวเก็บประจุแยกค่าที่แตกต่างกันหลายตัว
ที่จริงแล้วมันซับซ้อนขึ้นอย่างมีความสุขมากกว่าจากที่นี่คุณไม่เพียงแค่วาดกระแสที่ 100MHz แต่ช่วงความถี่และคุณมักจะไม่ทราบว่าพวกเขามาจากผู้ขายชิป แต่คุณออกแบบสำหรับช่วงของค่าที่คาดหวัง Alteraมีกระดาษดีอธิบายรายละเอียดเพิ่มเติมและมีหนังสือมากมายในนั้น
หวังว่าจะช่วยได้บ้างฉันคิดว่าคุณสามารถเห็นได้จากด้านบนว่าการเพิ่มความต้านทานให้กับตัวเก็บประจุของคุณมากขึ้นจะทำให้ประสิทธิภาพลดลง (มีการโต้เถียงเกี่ยวกับการทำให้หมาด ๆ ... ) ในความเป็นจริงถ้าคุณดูภาพ Altera นั้นอย่างใกล้ชิดคุณจะเห็นตัวเหนี่ยวนำกาฝากและตัวต้านทานที่เป็นส่วนหนึ่งของตัวเก็บประจุและการติดตั้ง คนที่ออกแบบบอร์ดความเร็วสูงที่ decoupling เริ่มที่จะได้รับสิ่งที่สำคัญจริงๆใช้เวลามากในการลดการจัดเรียงและการเลือกส่วนประกอบที่มีค่าพยาธิต่ำที่สุด
คุณถูกต้องแล้ว จำเป็นต้องใช้ตัวเก็บประจุตัวแยกสัญญาณ
ตัวถอดรหัส decoupling (s) และ inductances เหล่านี้เป็นตัวกรอง low-pass / high-block หรือเพื่อนำไปใช้ในอีกทางหนึ่งพวกเขารักษาระดับแรงดันไฟฟ้าที่ชิปบริโภคได้รับ
ไม่เพียงแค่ร่องรอยทองแดงความต้านทานปรสิตทั้งหมด: ความต้านทานอินพุตของซิงค์ปัจจุบันความต้านทานเอาต์พุตของแหล่งที่มาและอื่น ๆ (ขึ้นอยู่กับความถี่ที่คุณกำลังศึกษา)
ในความเป็นจริงแล้วการดูระบบที่สมบูรณ์แบบนั้นตัวต้านทานซีรีย์นั้นเป็นศูนย์ ดังนั้นแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงจะไม่ถูกถ่ายโอนในขณะที่แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับส่งผ่านได้อย่างสมบูรณ์แบบ (เช่นไฟฟ้าลัดวงจร) มันไม่เหมือนกับตัวกรองมาตรฐานที่คุณคำนวณความถี่ซึ่งเป็นเรื่องเกี่ยวกับการแยกระบบของคุณออกจากส่วน dc ของแหล่งที่มา และในตัวกรองความถี่สูงปกติคุณมีตัวต้านทานเชื่อมต่อกับกราวด์ไม่ใช่ตัวต้านทานอนุกรม
สิ่งนี้ไม่ได้ใช้เพื่อกรองความถี่ที่แน่นอนมันถูกใช้เพื่อส่งสัญญาณเท่านั้น (ส่วนที่ ac) นั่นเป็นสาเหตุที่เรียกว่าตัวเก็บประจุแยกส่วน