浅谈电源去耦的原因

浅谈电源去耦系列第一篇，希望从定性的角度谈谈自己对电源去耦的理解。希望大家支持，不足之处也请各位多多指正。

理想的电源：

“理想的电源”的电压是稳定不变的，没有任何噪声的，输出功率是不受限制的，并且响应速度是无限快的。即无论负载的消耗的电流如何变化、以怎样的速度变化，电源的电压都应该是一个稳定不变的值。不会受到负载的任何影响，也完全符合的负载的供电需求，不会影响负载的正常工作。

实际电路常用电源器件的简单介绍：

电子电路中经常使用的实际电源器件由两种：

1)、线性稳压器：

这种电源的原理结构图一般如下所示

利用负反馈的原理，将输出的电压通过两个电阻分压之后反馈到“运放”的输入端，而运放的另一输入端接一固定的参考电压Vref，根据虚短虚断和负反馈的原理，运放会自动调节输出电压，从而调节调整管的导通电阻(图中的FET)，使输出电压Vout和Vref之间满足Vout·R2/(R1 R2)=Vref。可见，线性稳压电源可以等效成为一个串联在电源和负载之间的可变电阻，当电源的电压或负载电流发生变化时，该电阻的阻值随之变化，从而使负载分到的电压保持不变。

2)、开关电源：

以升压型开关电源为例，其一般结构如下图

图中的FET起开关作用，FET导通时电源对电感和电容充电，并且给负载提供能量，FET关断时，电感电容中储存的能量通过续流二极管形成回路，给负载提供电能。控制FET开关的占空比就可以调节输出电压的大小。

电子电路中常用的电源就是以上两种，这两种各有优缺点，使用场合也有差别，并且每种都可继续细分为多种子类，这已经超出了本篇电源去耦的范畴。从上面简单的介绍中我们可以看出这两种实际的电源都是有局限性的。

实际电源与理想电源的差距：

(1)实际电源器件的特性与理想电源之间有差距：

响应速度：前面说线性稳压电源是通过负反馈来改变调整管的导通电阻实现稳压的。但运放的带宽都是有限的，并且负反馈的过程需要一定的时间。所以实际的线性稳压电源是需要一定的响应时间。换句话说，当输入电压或负载的电流变化速度过快或幅度过大时，电源器件来不及响应或不能完全消除这种变化，则负载的供电电压就会变化，影响负载的正常工作。

噪声特性：开关电源由于工作在开关状态下，即电路内部有电流的急剧变化，所以噪声相对线性稳压器更大。并且电源内部的各种半导体器件自身也有噪声。这些噪声和电源的不理想特性都会对负载造成一定的影响。

具体描述电源器件特性的参数有线性调整率、负载调整率、输出电压噪声等。

(2)PCB走线对电源质量有影响：

我们都知道，高速的PCB一般都是多层板，其中有专用的电源层，目的是减小电源线的寄生电感。电感的作用是阻碍电流的迅速变化，如果电源线的寄生电感很大，则当负载突然需要电流的时候，无法及时的从电源处获取。而宽大的电源平面可以将寄生电感最小化，提高电源的质量。

而即使如此，寄生电感还是存在的。为了提供芯片需要的瞬时电流，经常在芯片引脚处放置去耦电容(电容的电流可突变，电压不可突变)。

(3)外界干扰对电源质量有影响：

电源线在走线过程中也会受到板上其他信号和空间的电磁干扰的影响从而噪声变大。去耦电容可以有效的滤除这些噪声。

总结

电源去耦的最终目标是为了负载能够正常工作，使电源特性更加接近理想电源——能快速响应负载的电流需求、电压稳定、干净无噪声。使电路各部分之间通过电源产生的耦合干扰降至最小。