PI系列之一电流充放电的过程

来源:一博自媒体 时间:2016-11-29 类别:微信自媒体

文 | 黄刚    一博科技高速先生团队队员   电源/PI序列文章


大家一听到PI(电源完整性),可能纷纷就想到通流能力啊,去耦电容放置啊,目标阻抗啊,电源纹波啊,平面谐振啊等等名词,其实他们都是关于电源噪声的不同反映方式,这些那么高大上的东西还是放在后面再细细道来吧,作为本系列第一篇,我们还是讲下看上去很基本的东西:电流充放电的过程。
虽然这个概念大家觉得没什么好说的,但是其实这是非常需要了解的过程,因为产生各种电源噪声的来源都是它,因为有电流对芯片的充放电,才有了后面各种电源噪声问题。
下面是我们生活中最常见的东东---手机电池。

 
大家可能都把注意力集中在玩手机,没有很仔细的看电池的参数吧。买一部手机大家一定会关注它的电池容量吧,如图上所示,2250毫安。这其实是一个怎样的衡量单位呢?(偷偷告诉大家,其实本人也是最近才有了正确的认识。)其实它正确的读法是毫安时,2250毫安每小时才是它正确的打开方式。它表示什么意思呢?看下图,它其实是表示对电池充电电流是2250毫安的时候,要充一个小时才可以达到满电,按上图电池说的是充到3.7V满电,这里电池就是相当于下图的容性负载。
 
然后我们知道,大多数芯片负载都是容性负载,这其实和电池是一样的,唯一不同的,肯定就是电容的容值啦,我们看到的电池都那么大,用我们能想到最简单的计算公式C=ε*A/d,就可以猜到它的容量肯定很大。
我们不说电池的事了,因为毕竟像秒这种单位在我们SI,PI的研究字典里面实在太罕见了,我们更熟悉的是ns,ps这种。因此我们来研究下下面这种情况,更符合我们的习惯。
 
这里有三个变量,分别是充电电流大小,充电时间和电容容值,我们首先分别给它一个初始值,我们就可以得到它的充电的电压了,它表示我们在5ns的时间用5mA的电流给5pf的电容充电,能充到5V的电压(是不是有点拗口)。
 
是怎么得到的呢?公式也很简单:I=C*dV/dt。然后我们就有了下面几种结论。
 
 
 


然而我们还有这么一种想法,如果都充电到5V,除了5ns的时间用5mA的电流给5pf的电容充电,有没有其他的搭配呢?答案当然是有的。

 

我们用12.3mA的充电电流只需要充电2ns就可以充到5V,这意味着如果我们想充电更快的话,可以用更大的电流进行充电。这说明我们想把器件做得更高速的时候,我们芯片需要拥有更大的输出电流,才能满足更快的充放电时间,满足更快的高低电平的切换。


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