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MCU 需要去耦的原因

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1、去耦电路简介 供电电源与 MCU 之间的连接使用了各类电容以及磁珠电感等滤波器件,形成的去耦电路有三点主要功能,
一是抑制 MCU 内部产生的 EMI 辐射或者疏导外部干扰噪声进入 MCU;
二是提供 MCU 操作和维持电压的瞬态电流;
三是作为信号回流的通道提高信号完整性。
当 MCU 系统级板上的去耦电路不起作用时会出现一下问题:
 干扰噪声从外部导入,MCU 收到其他的 IC 的噪声干扰,操作故障;
 存在噪声泄露,MCU 中的 EMI 辐射超标;
 电源电压波动干扰 MCU 操作,降低信号完整性,信号线上的噪声叠加;
 信号线上回流路径较长,信号完整性降低。

2、电源噪声的产生原理
数字 IC 如 MCU 大多数使用电路 CMOS 工艺,通过切换至电源 VDD 或者接地 GND 可以将信号设置为高“1”或低“0”。
如图 2-1. CMOS 反相器电路简化模型 ,以单个 CMOS的反相器为例,当 Vin 切换低“0”,上管 PMOS 导通,栅电容充电,Vout 输出高“1”;当 Vin 切换高“1”,下管 NMOS 导通,栅电容放电,Vout 输出低“0”。当时 CMOS 反相器高低切换电平时,寄生电流会流经电源 VDD 和接地 GND 如图 2-2. CMOS 反相器寄生电流,MCU 内部的 CMOS 反相器较多时,寄生电流跳动的非常激烈,很多频率器件如电感,会向外辐射能量造成噪声故障,或者引起外部电源的波动影响其他的 IC。




通常为了控制流经 MCU 电源处的电流,需要在 MCU 的电源引脚和 GND 引脚之间安装去耦电容,为了形成有效去耦电路,需要主要一下加点:
 使用较小的 ESR 电容,形容可以在高频范围内运行的旁路;
 严格限制寄生电流流过的范围,将电容安装在 MCU 附近;
 保持 layout 的寄生电感较小,尤其 IC 和电容之间。

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沙发
星辰大海不退缩|  楼主 | 2023-6-25 15:01 | 只看该作者
3、插入损耗 通常滤波器使用插入损耗 IL 来表示对噪声的过滤性能,由于电源的去耦电路也是滤波器的一种,所以其抑制噪声性能可以用插入损耗来表示。插入损耗 IL 用安装在阻抗为 50Ω 的电路中的滤波器效果来描述,为安装滤波器前后的输出电压之差,以 dB 为单位。插入损耗越大,静噪效果越好。插入损耗可能由 50Ω 系统的S 参数的传输系数 S21 的绝对值来代替。如图 2-4. 插入损耗测量电路简化模型


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