淺談數(shù)字電路板軌電壓去耦在最壞情況下的電流脈沖

有塊數(shù)字電路板需要對其軌電壓去耦進(jìn)行“最壞情況”分析，但挑戰(zhàn)在于要確定最壞情況下的電流脈沖情況。

當(dāng)前的任務(wù)是要表明，將軌電壓傳送到一塊元器件稠密的電路板上時，其對于每安培電路板電流變化，不會經(jīng)受超過40mV的瞬時漂移。上述變化(從10~90%和從90~10%)的上升和下降時間規(guī)定為不超過3ns。

分析的第一部分是要表征電流漂移。為此設(shè)計了兩個模型：正弦半波和帶位移余弦。如圖1和圖2所示，可以對這兩種情況推導(dǎo)出脈沖輪廓的參數(shù)，從而產(chǎn)生3ns的上升時間和3ns的下降時間。

這兩個脈沖模型之間的主要區(qū)別在于，正弦半波在電流流動的起止位置具有拐角，在這些地方一階導(dǎo)數(shù)會發(fā)生突變；帶位移余弦模型可以使這些過渡變得平滑，因此沒有一階導(dǎo)數(shù)突變。其結(jié)果很快就會顯而易見。

圖1：正弦半波脈沖模型在電流的起止位置具有拐角，在這些地方一階導(dǎo)數(shù)會發(fā)生突變。

圖2：帶位移余弦脈沖模型使過渡變得平滑，因此沒有一階導(dǎo)數(shù)突變。

把這兩個脈沖模型重疊起來就會發(fā)現(xiàn)，盡管它們倆有所不同，但是確實彼此非常接近。

圖3：兩個脈沖模型非常接近。

圖4：電路板和電源電容器可以看作五個R、L、C的組合。

可以確定，+5V電源軌上的電容可以看作五個R、L、C的組合，其中有些是關(guān)于單個電容器，還有一些是關(guān)于多組電容器（圖4）。性能分析方法是將符合所選脈沖模型的電流脈沖注入，然后使用遞歸微分方程檢查圖5所示的電壓結(jié)果“e”。

圖5：用遞歸微分方程檢查電壓結(jié)果(本例中j=5)。

由于負(fù)載電流是從電容器組合中拉出，而不是將其灌入到這個組合，因此計算出的電壓“e”必須要從+5V電源軌中減去。結(jié)果如圖6所示。

圖6：從圖中可知兩種脈沖模型的軌電壓漂移情況。

上述結(jié)果表明，兩種電流脈沖模型均符合＜40mV的要求。值得注意的是，正弦半波模型的軌電壓突變是由正弦半波不連貫的di/dt所引起，在現(xiàn)實世界中，這只是實際情況的近似值。
編輯：hfy