如何处理高di/dt负载瞬态(下)

在《如何处理高di/dt负载瞬态（上）》中，我们讨论了电流快速变化时一些负载的电容旁路要求。我们发现必须让低等效串联电感（ESL）电容器靠近负载，因为不到0.5 nH便可产生不可接受的电压剧增。实际上，要达到这种低电感，要求在处理器封装中放置多个旁路电容器和多个互连针脚。本文中，我们将讨论达到电源输出实际di/dt要求所需的旁路电容大小。
 
为了讨论方便，图1显示了电源系统的P-SPICE模型。本图由补偿电路电源、调制器（G1）和输出电容器组成。内部还包括互连电感、旁路电容负载模型、DC负载和步进负载。  
 图1 简易P-SPICE模型辅助系统设计
 
首先，你需要决定是将电源和负载看作一个个单独的“黑匣子”，还是把问题当作一个完整的电源系统设计来处理。如果使用系统级方法，你可以利用负载旁路电容来降低电源输出电容，从而节约系统成本。如果使用“黑匣子”方法，你要单独测试电源和负载。不管使用哪种方法，你都要知道负载需要多大的旁路电容。
 
首先，估计电源和负载之间的互连电感和电阻的大小。这种互连阻抗(L_INTERCONNECT) 形成一个旁路电容器 (C_BYPASS) 低通滤波器。我们假设电源输出阻抗较低。利用该低通滤波器的特性阻抗 (Z_O)、负载步进值 (I_STEP) 和允许电压波动（dV），建立旁路滤波器要求（方程式1-2）： 有趣的是，所需电容大小与负载电流的平方除以允许扰动的平方有关，因此要仔细计算这两个值。
 
互连电感的范围从并列电源的几十nH，到远距放置电源的数百nHs。一条较为有效的经验法则是，每英寸增加15 nH左右的互连电感。负载步进为10安培且允许扰动为30mV时，旁路要求范围为5 nH的500 uF到500 nH的50 mF。
 
另外，这种滤波器还降低了电源的负载电流上升速率。如果无损滤波器由一个电流方波激励，则电感电流为正弦。通过对方程式4-7中的电流波形求微分，可以计算得到上升速率。