回答:
デカップリングコンデンサは、あなたが説明する方法のフィルターとは思わないでしょう。このようなRCフィルターのように、ノイズの原因は電源であり、「デカップリング」コンデンサーがチップに到達する前にフィルターで除去します。
この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図
それは、小さなPIフィルターのようにノイズがチップに到達するのを防ぐのではなく、チップがノイズを発生させないようにするのに役立ちます:) 言い換えれば、あなたのチップがそのことを行うとき、それはトランジスタを切り替えると言うために異なる周波数で電力を引いています。
理想的な世界では、理想的な電源と、チップとの間にインピーダンスのないものが必要です。あなたのチップはどんな周波数でも必要なだけ電流を引き込むことができ、私の仕事の一部はもっと簡単になるでしょう;)
実際には、寄生成分、特に特定の周波数で特定の電圧降下で引き込むことができる電流量を制限する寄生インダクタンスがあります。これらの寄生インダクタのインピーダンスは周波数とともに増加するため、ある時点で意味のある量の電流を引き出すことができなくなります。チップはおそらく1.8V +/- 0.5%の範囲内にあることを望んでおり、その範囲で機能するように設計およびタイムアウトされています。すべてのニーズに適切な低インピーダンスパスを提供しないと、たとえば望ましくない動作につながる可能性のある、その範囲外の電圧を落とすことになります。
アルテラの配電ネットワークの素晴らしい写真です。電圧レギュレータとそのソースインピーダンス、デカップリングキャップ、およびいくつかのパッケージ寄生成分が含まれています。
外出してデカップリングキャップのないボードを設計した場合、電流が必要になるたびに、チップからボード全体に非常に高いインピーダンスの接続を介してレギュレーターに戻り、できれば彼のバルクに戻らなければなりませんコンデンサ。これは低周波数では問題なく動作しますが、周波数が高くなると、寄生インダクタンスによってユーザーと電源間のインピーダンスも増加します。オームの法則から、電流の流れを一定に保ちながら抵抗(この場合はインピーダンス)を上げると、そのインピーダンスでの電圧降下も増加しなければならないことがわかります。これに対処し、PDNのインピーダンスを下げるには、デカップリングコンデンサを使用します。PDNでは、この電圧リップルと呼びます。
例として、1つの周波数、たとえば100MHzを見てみましょう。次に、デカップリングをまったく使用せず、100MHzで1アンペアを使用することにしたとしましょう。ただし、電源からプレーンのインダクタンス、および場合によってはバルクキャップを介したチップまでのインピーダンスは、100MHzで1オームです。つまり、そのインピーダンス全体で1Vの電圧降下が発生します。1.8Vから始まる電源があり、チップが必要なときに0.8Vに低下した場合、問題が発生します。
多数のデカップリングキャップを追加した後、同じシナリオを考えてみましょう。これにより、電力供給ネットワークのインピーダンスが0.05オームまで低下します。これで、同じ1Aの描画に対して、50mVの電圧降下しか見られず、許容範囲をはるかに超えています。
上記の単純なスパイスシミュレーションからの2つの異なるシナリオを下の図で見ることができます。緑色はコンデンサのないボードのインピーダンスで、青色はいくつかの異なる値のデカップリングコンデンサが追加された後のものです。
実際には、ここからより複雑になります。100MHzで電流を流すだけでなく、さまざまな周波数を使用しているので、チップベンダーの製品がわからないことがよくあります。代わりに、予想される値の範囲用に設計します。アルテラには、それをより詳細に説明した素晴らしい論文があり、それにはたくさんの本があります。
うまくいけば、それがいくらか助けになると思いますが、上記から、コンデンサにインピーダンスを追加すると、コンデンサの効果が低下することがわかると思います(ダンピングについていくつかの議論があります...)。実際、アルテラの図をよく見ると、実世界のコンデンサとその実装の一部である寄生インダクタと抵抗がわかります。デカップリングが非常に重要になり始める高速ボードを設計する人々は、レイアウトでそれらを最小限に抑え、寄生値が最小のコンポーネントを選ぶことに多くの時間を費やします。
あなたは基本的に正しいです。デカップリングコンデンサが必要です
デカップリングコンデンサとこれらのインダクタンスは、ローパス/ハイブロックフィルターを形成します。または、別の言い方をすれば、消費チップが受け取る電圧を安定化します。
実際に完全なシステムを見ると、直列抵抗自体はゼロです。そのため、AC電圧が完全に伝送されている間(短絡など)、DC電圧は伝達されません。周波数を計算する標準のフィルターとは異なり、ソースのDC部分からシステムを切り離すことです。また、通常のハイパスフィルターでは、直列抵抗ではなくグランドに抵抗を接続します。
これは特定の周波数のフィルタリングには使用されず、信号(ACパート)のみの送信に使用されます。それが、デカップリングコンデンサと呼ばれる理由です。