硬件設計之一——電源設計04：濾波電路

本節講一下硬件系統中常用的濾波電路，主要包括芯片的濾波電路，一些模擬芯片的濾波電路，模擬電路的濾波電路。

基本上是項目中遇到的一些實際情況。

SoC常用的濾波電路有這麼幾類：儲能電容，旁路電容，RC濾波，LC濾波，pi型濾波等。

儲能電容

下圖2個10uF的電容就是儲能電容。

一般電路系統中的電源輸出端是DCDC或者LDO，那麼從電源輸出端到用電器件/SoC管腳還會有一段不短的距離，而儲能電容都是靠近用電器件/SoC管腳擺放。否則的話，過長的供電路徑會造成電量抽載時供電不穩。

儲能電容的大小，主要依賴於用電消耗，不同的用電器件需求不同，要根據規格書/設計指導/參考電路來選擇。

深入到芯片內部來說，主要是動態消耗部分所決定的，這個和電路原理(IP核)，製程工藝都相關，一般來說，IP複雜度越高，芯片製程工藝越落後，動態功耗就會越大。

儲能電容的數量，一般要求SoC的每個功能塊至少一個，不同的功能塊之間最好不要共用。

儲能電容的容值選擇，從100~470UF的電解電容，到22uF，10uF，2.2uF，1uF的陶瓷電容都會出現。

一般是沿用參考設計的，而參考設計則是從芯片模型電源完整性仿真，實際測試最終形成的——這部分一般來說只有SoC廠商有能力做，甚至很多也沒有仿真能力。而下游的產品研發/生產商沒有這個能力，所以很難做改動。

下圖是TI的某投影SoC所用

下面兩圖是英特爾的某筆電平臺所用(22uF，2.2uF，1uF)

如果參考設計用的儲能電容比較多，實際產品中由於PCB面積受限等，無法實現，必須縮減的情況下，縮減到多少爲好呢？

嚴格來說，這要通過電源仿真來確認。但是，一般情況下芯片模型數據，公司技術能力等都有限，沒辦法去做這樣的仿真，主要是依據經驗和產品實測決定。

迫於成本/體積壓力等，必須減少的情況下，那麼可以根據實際測量情況來修改，即測量各種工作模式/負載情況下，紋波的頻率，依據這些數據來設計。思路上有兩種，一是逐步減少，即逐個減少後看測量數據；二是根據經驗一次性減少若干個之後，再根據測量數據加回來一些。保障電源紋波不超過芯片要求的情況下，最終形成一種方案。

由於測量不充分(很難模擬到所有工作模式/可能性等)，修改是比較容易產生問題的。筆者曾做過的一款安防產品(DVR)就遇到過這樣的問題，原廠參考設計是6層PCB，且儲能電容比較豐富，而實際產品所用的PCB是4層板，儲能電容也縮減了一些，導致出現了老化過程中死機的問題，最終在SoC的core電源上增加了一顆22uF的儲能電容才解決。