IC电源线路中流过的电流

　　为理解旁路电容的必要性，用由图1所示的CMOS逻辑电路构成的开关电路进行实验。

　　图1 用于实验电源旁路电容必要性的电路

　　可以认为CMOS逻辑IC的消耗电力非常小，但这是在CMOS在较低频率下动作时的说法。在高速时钟频率动作的电路中，如图2所示，消耗的电力与时钟频率成比例。目前高速CPU几乎都由CMOS构成，所以消耗的电力也未必很小。

　　在图1的实验电路中，CM0S的负载电容CL＝1000pF，假设作为负载的功率MOSFET的门驱动。

　　一般的逻辑电路中的负载为低电容。但是，即使对应逻辑1个单元，也具有数pF的输入电容，不能轻视。

　　在实验电路的＋5V的电源线路上，为使电源低阻抗，将C1＝470μF的铝电解质电容和约在10MHz处具有共振频率的叠层陶瓷电容C2＝0.1μF并联连接。

　　在印制电路板上，板型和配线的电感成分L是重要的要素。这里，特别附加Φ0.4mm，长度5cm的电镀线，并用示波器的电流探测器夹紧，用于测定电流波形。

　　图2 CMOS逻辑IC的动作频率和消耗电流的变化

　　CMOS的负载电容CL上流过的电流，如图3所示，当OUT＝“H”电平时，电流Ip由P沟道MOS管供给，当OUT＝“L”电平时，在N沟道MOS管上引入电流IN。电流探测器只观测Ip。

　　图2是观测74HC04的输出波形ch1。因CL＝1000pF，所以不能快速上升。即在此实验中使用的CMOS IC 74HC04的输出电流很小，要得到大的输出电流，需将逻辑电路3电路并联。这种电路的并联连接，只能实现在同一封装内的元件间。

　　ch2是用电流探测器观测的在74 HC04的VDD端子上流过的电流波形。这里，流过约140mA的峰值电流，并且作为负载电容C，的充电电流。对应输出电压的上升，Ip流过的初始时间约有20ns的延迟，是电流探测器所具有的延迟时间。电源电流的通电时间约为50ns，这个时间与负载容量C，的大小、逻辑IC的输出电流能力、配线电感L的大小有关。

　　图3是VDD端子的电压下降波形。当OUT＝“H”电平时，瞬间约下降1.5V。这个脉冲幅度是极为狭小的波形，含有很多高频成分的噪声频谱。

　　图3 CMOS输出电流

　　图4 中74HC04的电源端子波形和电源电流波形(f＝4MHz，CL＝IOOOpf,配线长＝5cm)

　　整理IC电路中安装电源旁路电容的作用和目的，有如下几点：

　　1:抑制由电源线路中的电感成分形成的阻抗的上升；

　　2:瞬时供给电源端子上流过的电流；

　　3:作为效果，降低电源线路上的噪声。