Принципы построения фильтров для цепей питания сложных нагрузок

на страницах сайта 

www.electrosad.ru

Некоторые факты изложенные ниже известны всем, некоторые – интересующейся общественности, некоторые только специалистам. И не смотря на это знание вопроса, проблема остается и периодически проявляет себя. Данный материал написан как пояснения к патенту России №2231899, при известном подходе, позволяющем полностью решить проблему.

 

 

Появившиеся в последнее время сложные нагрузки требуют более тонкого подхода к их проектированию. Сложная нагрузка- это нагрузка с характеристиками, меняющимися с высокими скоростями в широком динамическом диапазоне. Динамический диапазон изменения токов потребляемых такой нагрузкой превышает 2 раз, а верхняя граница спектральных составляющих токов превышает 3 ГГц. Такие изменения токов приводят к генерации на индуктивностях линий распределения питания помехи, мощность которой может достигать 1/4 мощности потребляемой процессором. Внутреннее сопротивление этого генератора приближается к 10-3 Ома. Примером сложной нагрузки являются современные высокопроизводительные процессоры.

Сложная нагрузка, таким образом, сама является генератором мощной широкополосной помехи, распространяющейся от нее к ее источнику питания и накладывающейся на питающее напряжение. Ее наличие можно рассматривать как просто модуляцию токов нагрузки, так и как наложение 2х напряжений или токов в любой точке линии распределения питания.

 

И в результате работы таких нагрузок возникает множество проблем. Это и перегрев оксидных конденсаторов (ОК) фильтра и накопительных дросселей ШИМ преобразователей напряжения питания, помехоустойчивость и саморазогрев процессора, проникновение помех в другие цепи системной платы. Пока все применяемые решения идут на грани фола, каждое существенное улучшение производительности процессора требует проверки и минимизации последствий, и подбора нового фильтра. Поэтому видимые последствия этого явления проявляются при разгоне или на СП где разработчик не обращает на него должного внимания.

Знание физики работы комплекса «Источник питания (НЧ фильтр) – процессор» и обратно «процессор – ВЧ фильтр – источник питания» позволит грамотно построить комплекс фильтров, и не только снимет все эти проблемы, но и позволит повысить скорость работы процессора.

 

Не смотря на простоту происходящих процессов, до сих пор повсеместно существует непонимание их. Поэтому рассмотрим известные подтверждающие свидетельства.

1.В материале «Power supply II» помещенном по адресу http://www.overclockers.ru/lab/15731.shtml автором под псевдонимом Serj помещены показанные ниже осциллограммы напряжения помех присутствующих на конденсаторах фильтра источника питания процессора при исполнении различных приложений.


 

Рисунок 1

 

Масштаб по вертикали (ось напряжений) составляет 20mV/дел. Применялся осциллограф с полосой 5 МГц.

 

Конечно, автор ставил целью исследовать источник питания, а для этого данного осциллографа достаточно. Оставим на совести автора и его заявление «что источником является …….. конденсаторы». На фото видим характер помех генерируемых процессором и проникающих на конденсаторы фильтра, в большинстве случаев их частоты много выше 5МГц. Эти осциллограммы сняты при использовании процессора AMD Athlon 1800MHz, модель 680, напряжение 1.75V, максимальной мощность 68 Вт. Он способен генерировать до 17 Вт помехи верхней границей частоты более 1,8 ГГц. Именно из-за применения такого низкочастотного осциллографа можно только констатировать наличие генерируемых помех их характер и зависимость их уровня от вида работающего ПО.
 

Физика процессов

Исторически так сложилось, что при изготовлении дискретных вычислительных структур (процессоров) и обеспечивающих их работу СБИС статической и динамической памяти, контроллеров управления памятью и периферией получили МОП ключи с динамической нагрузкой. Далее будем говорить только о процессорах как наиболее характерных СБИС физические процессы и рабочие частоты, которых полностью перекрывают аналогичные параметры остальных видов СБИС. Для простоты рассмотрим работу КМОП ключа с динамической нагрузкой, процессы, в которых полностью описывают динамику работы рассматриваемых структур и их логических элементов.
 

Через инвертор, выполненный по КМОП технологии протекает ток только в момент переключения (Iн рис.2), который перезаряжает емкость нагрузки. При переходе в состояние «0» (транзистор Т1 открыт, Т0 закрыт), на его активное сопротивление разряжается емкость нагрузки и энергия этого тока переходит в тепло. А при переходе в состояние «1» (транзистор Т0 открыт, Т1 закрыт), емкость нагрузки заряжается импульсом тока то линии распределения питания и мощность выделившаяся на сопротивлении канала полевого транзистора переходит в тепло.

Рассеиваемая мощность единичного инвертора, определяется по формуле:

Pi=fпCнЕ2 [Ф.1]

Где: fп – частота переключения;

Cн – емкость нагрузки инвертора;

Е – напряжение питания инвертора.

В состоянии «0» или «1» закрыто верхнее или нижнее плечо инвертора, соответственно и сквозной ток отсутствует.

 

Рис.1

Рис.2

                              

Из Ф.1 видно мощность, рассеиваемая таким инвертором при заданной частоте переключения прямо пропорциональна емкости его нагрузки и квадрату напряжения питания инвертора. Эта известная зависимость используется разработчиками современных процессоров для повышения тактовой частоты, если она ограничена выделяемой мощностью, снижая емкость нагрузки КМОП ключа, пропорционально снижаем рассеиваемую им мощность. А при снижении напряжения питания в 2 раза рассеиваемая мощность снижается в 4 раза. Так напряжения питания ядра современных процессоров снизилось до 1,5 в, а емкость нагрузки разработчик снижает за счет снижения линейных размеров ключей, новых материалов с малыми диэлектрическими проницаемостями и новых все более тонких технологических процессов.

Дальнейшее снижение напряжения питания затруднительно по различным, в том числе и не зависящим от разработчиков причинам. А вот снижение технологических норм планируется вплоть до 32 нм. Все это приводит к снижению выделяемой процессором мощности, но желание разработчика использовать все возможности новых технологий подталкивает их к увеличению числа транзисторов. В результате, недавно запущенный в производство и выполненный по 90 нм техпроцессу, процессор Pentium-4 с ядром Prescott с тактовой частотой ядра 3,4 ГГц рассеивает до 103 Вт.

Именно поэтому это явление существует и не смотря на снижение технологических норм будет продолжать оказывать существенное влияние на развитие уже процессоров.


 

Следует отметить, ситуация с nМОП структурами несколько отличается. Это связано с тем, что в такой структуре динамической нагрузкой является транзистор такой же структуры что и активный ключ. Мощность, потребляемая такой структурой, имеет постоянную составляющую, обусловленную протекающими сквозными токами при состоянии «0» (открытом нижнем плече инвертора). И общая потребляемая структурой мощность равна^

 

Pi = Piст + Piдин.

 

Динамическая составляющая определяется [Ф.1], а статическая:

 

Piст = 0,25 E b0 (EU0)2

 

где: b0 – относительная крутизна транзистора Т0, U0 – пороговое напряжение транзистора.

остальные обозначения совпадают с [Ф.1].
 

Механизм генерации помехи

И если тепло, выделяемое процессором отвести не проблема вплоть до 100-120 Вт, то с ростом быстродействия и количества транзисторов, не смотря на снижаемые коммутируемые ими токи, все сильнее начинает проявлять себя генерируемые такими устройствами (процессорами, контроллерами-мостами, памятью) помехи. Они наблюдались автором даже на процессорах Celeron 500.

Импульсы тока Iн показанные на рис.2 создают на индуктивностях цепей, по которым они протекают, ЭДС самоиндукции имеющую широкий спектральный состав. Верхняя граница спектра генерируемых процессором помех определяется длительностью фронта импульса тока:

 

f гр = 1/2 tфр,


 

Для одиночных импульсов спектр непрерывный и содержит все частоты от fгр до 0, а спектр повторяющихся импульсов содержит множество частот от частоты повторения до fгр.

 

Таблица 1

Процессор Частота ядра Частота шины f гр
Athlon XP 3200+ 2,2 ГГц   > 2,5 ГГц
  400 МГц (tфр < 6,25 10-10) > 500 МГц
Pentium 4 - 3,2 ГГц 3,2 ГГц   >4 ГГц
  800 МГц > 1000 МГц


 

Рассмотрим процессы, происходящие при зарядке – разрядке емкости нагрузки ключом с динамической нагрузкой. Генерируемая при этом мощность делится примерно поровну на мощность рассеиваемую при разрядке паразитных емкостей на канале ключа Т1 (Рис.5) и мощностью рассеиваемую при зарядке тех же емкостей от источника питания на канале ключа Т0 (Рис. 6).

 

Рис. 3 Цепь разрядки Сн

Рис. 4 Цепь зарядки Сн

 

Разрядные токи, циркулирующие по линиям распределения питания, в процессоре и попадают на общую шину питания через внутренние емкости и связи.

Зарядные токи имеют импульсный характер и протекают из источника питания по линиям распределения питания материнской платы, контактной панели, процессора (Рис.5). Они наводят на Lпар ЭДС самоиндукции, которая, суммируясь, создает на шине питания напряжение импульсной помехи – шумов. Причем, здесь не рассматриваются резонансные явления (хотя при определённых ситуациях они могут возникать).

 


Рис.5 Эквивалентная схема цепи зарядки Сн.

Здесь:

  • Сф и Сн емкости фильтра питания процессора емкость нагрузки на выходе логического элемента (инвертора),

  • Rк сопротивление открытого канала верхнего плеча инвертора,

  • Lпар индуктивность цепей разводки питания.

Временные характеристики этих токов в первом приближении определяются только временами переключения ключа процессора из-за малости Cн (емкости нагрузки ключа) и Rк (сопротивления канала транзистора Т0).

 

Эти импульсные токи на индуктивности линий распределения питания создают ЭДС самоиндукции, которая распределяется на этой цепи.

 

U = L di/dt [Ф.8]

 

То есть ЭДС самоиндукции прямо пропорциональна индуктивности цепей подводки питания и скорости нарастания тока ключей кристалла.

Учитывая сложные алгоритмы обработки информации в процессоре (но в то же время циклический характер из-за синхронной работы множества узлов процессора) и его внутреннюю структуру можно сказать, частоты повторения имеют множество значений. Для элементов подключенных к линии распределения питания они являются помехами, а из-за непредсказуемости (случайности) их характеристик, их можно рассматривать как шумы.

Напряжение помехи приложено к шине распределения напряжения питания самостоятельного, по питанию, узла процессора (например, ядра), где и суммируется, образуя напряжение шумов.

Часть наиболее высокочастотных составляющих этих помех поглощаются в процессоре в виде потерь на линиях распределения питания и в диэлектрике изолирующих слоев и переходят в тепло. Остальные поступают на линии распределения питания процессора на материнской плате.

Генерируемые процессором помехи, снижают его помехоустойчивость. Их перекрестное действие может приводить к временным сдвигам при переключении логических элементов, увеличивают напряжение на стоках транзисторов подключенных к линии распределения питания процессоров, создает на них дополнительную переменную составляющую (помеху), наводится на другие внутренние цепи процессора за счет емкостных связей, излучается во внутреннем объеме системного блока. А так же генерируемые шумы за счет потерь нагревают все элементы цепи распределения питания пропорционально потерям в них. Это сами тоководы линий распределения питания, тоководы процессора, элементы изоляции материнской платы и процессора, элементы фильтрации напряжения питания.

Причем в применяемых схемах ШИМ источников питания процессора с накопительными дросселями на ферритовых сердечниках, отмечено в некоторых моделях системных плат, их насыщение под действием генерируемой процессором помехи. При этом увеличивается нестабильность напряжения питания процессора.
 

Для множества независимых источников шумов суммирование напряжений и токов осуществляется по формуле [Л.3]:

 

U2общ=U21+U22+..+U2n [Ф.10]

I2общ = I21 + I22 + ...+I2n

 

где: U1,U2,..,Un; I1,I2,..,In напряжения и токи шумов источников с первого по n.

В случае двух связанных источников:

 

U2общ=U21+U22+2U1U2 [Ф.11]

I2общ = I21 + I22 + 2γI1·I2

 

где: U1,U2; I1,I2 –напряжение и ток 2х связанных источников шумов,

- коэффициент корреляции (характеризует связь 2х сигналов - 1 для жестко связанных, и 0 не связанных сигналов).

Отсюда видим, что сумма амплитуд шумов 2х связанных сигналов всегда выше, соответственно выше и напряжение помех при синхронной работе множества ключей.

Для упрощенной оценки суммарной амплитуды помехи, принимаем следующие допущения:

  • амплитуды помех генерируемых ключами приняты равными;

  • их величина принимается равной средней из диапазона.

Для помех имеющих коэффициент корреляции равный 1, напряжение помех имеет величину:

 

Uобщ = 2Un - для 2х источников

Uобщ = n U1, Iобщ = n I1 - для n источников.


 

Суммарная амплитуда напряжений помехи стремится к nUn , а токов к nIn поскольку коэффициент корреляции для процессора, где все узлы работают синхронно стремится к 1. Степень синхронности зависит и от алгоритма обработки и обмена информацией заложенного в программном обеспечении, и от организации внутренней структуры самого процессора.

Но в любом случае уровень шумов пропорционален количеству ключей подключенных к шине распределения питания узла процессора.

Поэтому напряжение шумов, при определённых условиях, может достигать порога помехоустойчивости и привести к сбоям процессора. Можно сказать так же, что, не смотря на то что, величина суммарной помехи растет пропорционально корню квадратному из числа работающих ключей, прогнозируемое Intel увеличение числа транзисторов до 400 миллионов на процессор сделает проблему шумов более ощутимой и переведет её в категорию основных.

Мощность генерируемых помех равна сумме мощностей генерируемых элементарными ключами в каждый данный момент времени:

 

Pпом = Σ Pi = N Pi,

 

где N – количество переключающихся в каждый данный момент времени элементарных ключей.

С другой стороны мощность генерируемых помех равна:

 

Pпом = fп · L · I2общ [Ф.6]

 

Реально зафиксирована мощность генерируемой процессором помехи на процессоре Celeron 500, при рассеиваемой мощности 25 Вт, равная 3-5 Вт, а это 12 – 20%. Еще около 5-10% мощности помехи теряется в процессоре.
 

Нельзя сказать, что это явление неизвестно

«Известно применение дополнительных фильтрующих элементов, в схемах питания быстродействующих цифровых интегральных схем, где для подавления высокочастотных составляющих помех применяются дополнительные фильтры в цепях питания, содержащие один керамический конденсатор КМ-5а-890-0,047 мкФ на несколько корпусов логических микросхем (см. «Справочник по интегральным микросхемам» под редакцией Б. В. Тарабрина, издание второе, Москва, Энергия, 1980, стр. 599).» Аналогичные рекомендации даются и в отраслевых нормативных документах для проектировщиков.

Но никогда еще не решалась проблема неизлучающего подавления помех в цепях распределения питания в области частот от единиц до нескольких гигагерц и суммарной мощностью до десятков ватт.

Разработчики таких современных устройств с применением скоростных СБИС на МОП структурах, как материнские платы, высокопроизводительные видеокарты столкнувшись с этой проблемой, не нашли ничего лучшего как применить в цепях распределения и формирования напряжения питания процессоров, чипсетов, современных модулей памяти оксидных конденсаторов с повышенной до +105°С рабочей температурой.
 

Рис.6

 

Но элементы цепей распределения питания, даже самых лучших производителей уже по своему назначению не предназначены для работы в цепях с присутствием ВЧ помех и их гармоник такой мощности. На рис.6 показано фото оксидного конденсатора из фильтра питания процессора в системной плате BE6-II фирмы Adit с процессором Celeron 500, потерявшего герметичность в результате перегрева. Но данное решение является временным при малых мощностях генерируемых помех и при тенденции роста числа транзисторов его уже недостаточно. Необходимо снизить уровень помех.

Например, ABIT выпустило плату IC7-MAX3 на которой для отвода тепла от оксидных конденсаторов, регуляторов, напряжения питания, накопительных дросселей специальная, отдельная, система охлаждения. На снимке это направляющий кожух из пластика с отдельным вытяжным вентилятором на задней стенке.

Учитывая, что в ШИМ регуляторах напряжения питания процессора основной отвод тепла осуществляется по медному слою на системной плате, напрашивается вывод: основные источники тепла другие.

Конечно, и долю регуляторов исключать нельзя.

 

Из изложенного видно, что основным фактором, влияющим на генерацию помех при наших скоростях переключения или fгр генерируемых помех, являются собственные индуктивности всех работающих узлов. Это конденсаторы фильтров, линии распределения питания как на самой системной плате, так и на процессоре.

 

Индуктивности паразитные конденсаторов и тоководов, их влияние на работу элементов фильтров

 

Реактивное сопротивление идеального конденсатора описывается формулой:

 

Xc=1/2πf C

 

и его величина с ростом частоты стремится к «0». Но этого не происходит, поскольку идеальных конденсаторов не существует. Реальный конденсатор имеет еще и паразитную индуктивность, и паразитное сопротивление потерь. Любая индуктивность, включенная последовательно в частотно зависимую цепь, каковой является любой конденсатор (как фильтрующий элемент), вносит свой вклад в частотную характеристику этой цепи. Эквивалентная схема реального конденсатора приведена на рис.2.
 

Рисунок 2

 

На рисунках 3 и 4 изображена частотная характеристика такого реального конденсатора.

Как меняется рабочая частота керамических конденсаторов (КК), исходя из известного положения рабочая частота всегда ниже частоты резонанса, посмотрим в Таблице 1.

Для керамических конденсаторов в [Л.2] приведены следующие данные (кроме двух последних столбцов и первой строки, они из другого источника).


 

Таблица 2

Емкость Собственная резонансная частота (МГц) при длине выводов
30 мм 25 мм 15 мм 10 мм Без выводов
(LICC 0508)
Без выводов
(IDC 0508)
47 нф - - - - 64 75
22 нФ 8 9,2 11 13 94 110*
10 нФ 13 15 18 21 139 163*
4,7 нФ 16 18,5 22 25,7 203* 238*
2,2 нФ 25 18,5 34 39,5 297* 348*
1 нФ 43 52 62 73 441* 516*
470 пФ 60 68 72 85 643* 753*
330 пФ 62 71 86 100 768* 898*
100 пФ 130 150 180 210 1395* 1632*
56 пФ 205 242 290 350 1865* 2182*

* - только для сравнения (номинал не соответствует существующему стандарту)

 

В двух последних столбцах приведены данные для безвыводных КК LICC 0508 (Low Inductance Capacitors типоразмера 0508) и IDC (Inter Digitated Capacitors типоразмера 0508). У первого собственная индуктивность имеет величину 130·10-12 Гн, а у второго 50·10-12 Гн.
 

Из таблицы 1 и приведенных ниже Рис. 2 [Л.] и 3 [Л.2] видно, что керамические конденсаторы одной конструкции имеют тем выше резонансную частоту, чем меньше его емкость. На частотах ниже частоты резонанса импеданс конденсатора имеет емкостной характер, а выше индуктивный. Поэтому предельной рабочей частотой конденсатора является частота ниже резонансной.


 

Рисунок 3

Рисунок 4

 

Величина паразитных индуктивностей монтажа

Существенное влияние на частотные характеристики конденсаторов оказывают цепи подключения, величина их индуктивностей обычно больше чем на порядок превышают собственные паразитные индуктивности. В таблице 2 приведены типовые индуктивности монтажа.

 

Таблица 3

Вид
 
\

 
Параметр
Провод Плоский проводник (шириной 1 мм, толщиной 0,1 мм) Полосковая линия(Плоский проводник над проводящей поверхностью шириной 1 мм, толщиной 0,1 мм, толщ. диэлектрика 0,25 мм, стеклотекстолит)
Погонная индуктивность (нГн/см) 7,4 12 5,86 1,16
Размеры (мм) d=1 мм d=0,1 мм b=1; d=0,1 b=1; d=0,1; D=0,25; ε=2,6


 

А это примерное расстояние от контактной площадки питания на кристалле процессора до керамического конденсатора(КК) установленного на корпусе процессора (держателе кристалла). Получается индуктивность линий распределения питания на корпусе процессора более чем в 10 раз выше собственной индуктивности КК.

Даже при много контактном подключении линий распределения питания самого кристалла процессора, их индуктивность приближается к 5 пГн.(1 – 7 пГн) на один конденсатор установленный на процессоре. А суммарная индуктивность цепей питания процессора составляет порядка 5 - 20 пГн в зависимости от модели.
 

Характеристики конденсаторов

Импеданс конденсатора с эквивалентной схемой изображенной на рис.2 описывается формулой:

 

 

Здесь и на эквивалентной схеме рис.2. параметры имеют значения:

Rп – ESR, эквивалентное сопротивление потерь ESR = Rп = tgδ · Xc,

Lп – ESL, собственная индуктивность ESL = XL = 2π·f·Lп,

C – собственно емкость конденсатора, имеет емкостное сопротивление Xc = 1/2π··f·C.

При резонансе выполняется условие XC = Xп, при этом Z = Rп.

На частотах ниже резонанса импеданс имеет емкостной характер. На резонансной частоте его сопротивление активно и равно Rп, а на частотах выше резонансной импеданс носит индуктивный характер. Конденсатор работает как емкость только на частотах ниже резонанса.
 

Аналогичная ситуация и у оксидных конденсаторов, это видно из рис.5

На рис.5 изображена частотная зависимость импеданса для конденсаторов:

OS-CON 56,0 мкФ/16в (A),

Al электролитический низко импедансный 47,0 мкФ/16в,

Ta электролитический 47,0 мкФ/16в,

Al электролитический низко импедансный 1300,0 мкФ/16в.

 

Рисунок 5

 

Из рис.5 видно, что поскольку конструктивные индуктивности конденсаторов равной емкости приблизились к конструктивному минимуму и равны, характеристики отличаются только минимальным значением импеданса равным ESR.

При этом у всех типов конденсаторов тепловыделение определяется величиной ESR (Rп) и согласно [Л.1]

 

Pпот = 4πf2·C2·V2·Rп

 

Но это только на рабочих частотах, на более высоких частотах Pпот всех типов оксидных конденсаторов примерно одинакова.


 

И все было бы ничего, если бы не частота помехи. Даже такие малые индуктивности 16пГн имеют на частоте 3 ГГц имеют реактивное сопротивление ХL = 0,3 ом и это при мощности генерируемых помех приближающейся к 15 Вт.

Индуктивностью линий распределения питания определяются спектральные составляющие, циркулирующие на разных участках линий распределения питания.

 

Эквивалентный генератор помех и его характеристики

 

Как показано генерируемая элементом ключом (МОП инвертором) современного процессора мощность определяется по формуле:

 

P1=fпCнЕ2

 

Где: fп – частота переключения; Cн – емкость нагрузки инвертора; Е – напряжение питания инвертора.

Максимальная суммарная мощность определяется по правилу суммирования мощностей параллельных источников:

 

PΣ = P1+P2 +…+Pn или PΣ=N·Pi

 

здесь N – число элементарных ключей,

Pi – мощность генерируемая одним ключом.

Поскольку в процессе работы процессора постоянно меняются частоты fп и количество одновременно изменяющих состояние ключей изменяется и PΣ.

Такой генератор имеет эквивалентную схему, приведенную на рис.6. Причем особенностью этой схемы является синхронно с изменением PΣ изменение и Ri генератора.


 

Рисунок 6

 

на рис.6:

Zф – импеданс фильтра,

Ri – внутреннее сопротивление эквивалентного генератора,

Pпом – мощность помех генерируемых процессором (эквивалентным генератором).

Суммарное Ri образуемое множеством одновременно включенных параллельно генераторов, каждый с Rin, определяется по правилу суммирования N проводимостей коммутируемых одновременно.

Ri = Rin/N

Ri тем меньше, чем больше ключей в процессоре (N) коммутируются в данный момент.

В условиях меняющегося Ri и его малой величины реальные характеристики фильтра существенно ухудшаются.

Именно учет Ri эквивалентного генератора помех и позволяет достичь оптимального подавления помех.

 

Рисунок 7

 

На рис.7 изображена зависимость импеданса от частоты для OS-CON 2200,0 мкФ и коэффициент подавления помех равный 1/Kосл для эквивалентной схемы изображенной на рис.6. Со снижением Ri наблюдается сужение рабочей полосы частот звена фильтра и снижение коэффициента подавления помех распространяющихся от процессора к источнику.

 

Аналогичная ситуация и с фильтром встроенным в процессор AthlonXP с ядром Thoroughbred-B. Снижение Ri приводит к снижению коэффициента подавления помех, сужению рабочей полосы каждого звена и в результате снижению эффективности фильтров.

 

Рисунок 8

 

В результате напрашивается решение, при проектировании фильтров помех распространяющихся от процессора-генератора помех в направлении источника его питания учитывать его (эквивалентного генератора помех) его внутреннее сопротивление Ri. В соответствии с [Л.4]

Из изложенного видно, что минимальное число звеньев фильтра не может быть меньше 3 для больших Ri. Это определяется как максимальной реактивной мощностью приходящейся на каждое звено, так и полосой фильтрации. А необходимое количество звеньев фильтра определяется Pi, и как показывают расчеты для Ri большее 1 Ом только на процессоре их должно быть больше 4 звеньев.
 

В заключение можно сказать, что методы проектирования фильтров для цепей распределения питания современных процессоров требуют нового подхода. Патент России №2231899 и основанная на нем методика, учитывающая вычислительную нагрузку процессора, позволяют применить оптимальные фильтры. Имеется возможность математического моделирования и оптимизации фильтра с цель получения необходимой фильтрации при минимальных затратах.

Кроме того, совмещение описанного фильтра в одной цепи с фильтром ШИМ преобразователя питания облегчит работу источника питания процессора и позволит применить в нем более дешевые конденсаторы с сохранением характеристик источника питания.

А.Д. Сорокин,
2003 год
 

Литература:

  1. Low Inductance Capacitors, AVX, (w2lw3l.pdf)

  2. Multilayer Ceramic Chip Capacitors, NMC series X7R, Nic Components, (nmc2.pdf)

  3. Микросхемотехника, А.Г. Алексенко, И.И. Шагурин, М., Радио и связь, 1982 г.

  4. OS-CON, Part VII, Construction and Characteristics, Sanyo, http://www.avelcom.ru/pdf/o55.pdf,

  5. Power supply II, Serj, 28.05.2004, www.overclockers.ru/lab/15731.shtml,

  6. Патент России № 2231899, А.Д. Сорокин, 27.06.2004 г.

  7. Особенности применения оксидных конденсаторов в цепях питания микропроцессоров, А.Д. Сорокин, РАДИО, №1, 2003г.

  8. Инновации ч.1. А.Сорокин, 25.04.2005, http://oszone.net/display.php?id=3185

  9. Инновации ч.2 А.Сорокин, 25.05.2005, http://www.oszone.net/display.php?id=3245

  10. LGA775 Socket, Mechanical Design Guide, Intel, may 2005, Doc. num. 302666-002

  Яндекс.Метрика

<<назад>> <<в начало>> <<на главную>>

Попасть прямо в разделы сайта можно здесь:

/Неизвестный процессор/Охлаждение ПК/Электроника для ПК/Linux/Проекты, идеи/Полезные советы/Разное/
/
Карта сайта/Скачать/Ссылки/Обои/Форум/Каталог/

При полном или частичном использовании материалов ссылка на "www.electrosad.ru" обязательна.
Ваши замечания, предложения, вопросы можно отправить автору через
гостевую книгу или
почтой.

Copyright © Sorokin A.D.

2002-2012