作者:吴均 一博科技高速先生团队队长

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承前:电容的布局布线讨论之从储能角度解释电源不是必须从滤波电容进入芯片管脚

本节:从过滤水的流程来看电源滤波的指导思想,以及引出电源供电网络轨道PDN。本节没有列出新的设计误区,还是在讨论电源是不是必须从滤波电容进入芯片管脚的问题,篇幅关系,先讲一讲滤波电容的作用。

启后:从PDN的角度,看看滤波电容在电源噪声滤除时起到什么作用,同时讨论下电容的特性,谐振频率,安装电感等。

无所不能的“水”又要在高速先生的故事里面登场了。家里领导几次提出要买更好的滤水器,领导有令,当然得坚决执行。不过作为新时代的理工男,前面也提到,“经历了社会锻炼的我们,其实是在社会上读更大的MBA,我们必须学会问:为什么……”工作中养成的习惯根深蒂固哈。

为什么要过滤水,理工男找到答案,水里有杂质:

1 余氯。就是漂白粉啦,去除常用的技术就是活性炭。

2 部分有机物,这个靠活性炭和超滤都能去除。

3 细菌超标

4 其他杂物,比如铁锈等。管道老化,没办法。

5 重金属。

6 农药啊,化工污染物啊。

怎么过滤:

1 不锈钢滤网的前置净水器

2 活性炭

3 超滤膜

4 RO膜

最好的RO膜过滤方法,需要经过5级过滤。

怎么保证过滤效果是好的,测试,还是测试…… 这个过滤水,和电源滤波真的是好像呀。

于是买了最高级别的测试笔,叫TDS测试笔,还附带了测试溶液和试纸。回家兴冲冲开始测试。

直接从水龙头出来的水,度数59,对比标准,深圳的水质还不错哈

之前家里装了滤水机,平常喝的水都是从滤水机出来的,测试过滤之后的水,读数是70,比不过滤还差(我们加了滤波电容,也会让电源噪声更大吗?)

测试也要校准哈,取一瓶怡宝的纯净水(不是矿泉水哦),测试,读数为0,怡宝的产品还不错嘛!

更多测试,包括测试溶液和试纸测试,就不赘述了,再说就真变成测试水了。

回到我们电源设计:

我们老是担心电源不干净,噪声大,实际上按照正常设计要求做好的电源设计,一般问题不会太大。(符合国家标准的大城市供水,其实水质问题没有那么严重!)

别老是担心,最重要的是测试,拿测试结果说话。现实中的表现会呈现多样性,什么误码、时序等等,可能都和电源相关,测试一下,就可以排除忧患。(水质的表现也很多:烧水有水垢;过滤后的水喝起来甜;过滤后的水,种豆芽都是甜的……测试一下,就知道问题所在了)

测试一定要校准,不准确的测试一定会误导判断,测准要有好的工具(仪器),要按步骤操作,要有校准件……

过滤不见得都有好的作用,会带来二次污染,滤波电容之间会形成反谐振点,用的不好,也可能会增大噪声。

前面说了,RO膜纯水机,需要经过5级过滤

第一级过滤:5μm PPF滤芯,俗称粗滤或者PP棉,过滤精度:5微米

第二级过滤:优质颗粒活性碳滤芯,俗称UDF/GAC

第三级过滤:1um PPF/PP棉滤芯 (PPF)

第四级过滤:孔径为0．0001微米的逆渗透膜

第五级过滤:后置抑菌活性碳滤芯

我们的电源设计,PDN也是经过多级过滤的,我们经常能看到下面的图:

这是一个典型的电源供电网络,

首先是电源供电的源头,VRM部分,从PDN角度,可以滤除几十K到几百K以内的电源噪声

然后是Bulk电容,从PDN角度,可以滤除几百K到几M以内的电源噪声

板级滤波电容,从PDN角度,负责几M到100M以内的电源噪声

电源、地平板电容,滤波频段在几百M左右

芯片封装内部电容及封装基板平板电容,负责更高频段的电源噪声;

Die内电容,这个厉害,做得好的芯片的Core电源,Die内电容基本上保证了100M以上(有的甚至22M以上)所有的噪声滤除。

电源滤波也是分了这么多级,大家各司其职又互相配合。电源轨道看起来就像一个铁轨,PI工程师工作的时候,遵守一个格言:铁路工人,各管一段。