Влияние параметров генератора помех на эффективность их фильтрации.

в разделе "Процессор и .." на сайте

electrosad.narod.ru

Процессор и ..

Охлаждение ПК

Как показано в статье "Механизм генерации помех в CБИС процессоров." мощность помехи генерируемой процессором определяется суммой мощностей элементарных генераторов помех.

Схема разводки питания процессора Xeon и пути прохождения помех приведены ниже.

Схема приведенная на рисунке ниже текста рекомендована Intel для питания серверного процессора Xeon, в Intel® Xeon™ Processor Multi-Processor Platform Design Guide, Intel, 2002 г. (25039702.pdf). Дополнительно в ней показан генератор помех и пути распространения помех от процессора к источнику питания.
Схема взята для примера, как наиболее проработанная из применяющихся Intel.

Красной линией на рисунке показаны пути подачи тока питания к процессору, синей линией пути распространения помех от процессора - генератора помех к источнику питания. Генератор помех G характеризуется мощностью генерируемых помех Pп, напряжением помехи U и внутренним сопротивлением генератора. Все эти параметры жестко связаны, причем большим мощностям помехи Pп как раз соответствуют меньшие Ri..

Выделенная в прямоугольнике часть с надписью "Процессор Intel Xeon" расположена на панели процессора, а С₁₂ в указанном выше документе как Core capacitors, расположена непосредственно на кристалле и имеет параметры C=541 nF, R=146 мкОм, L<10^-¹³ H.

Влияние Ri на частотные характеристики фильтров.

Для приведенной выше схемы процессора Xeon, были выполнены расчеты частотных характеристик фильтров. Высокочастотного звена встроенного в кристалл, среднечастотного звена встроенного в носитель кристалла (процессор) и конденсатора фильтра типа OSCON.

Фильтрующий конденсатор на кристалле.

На рисунке слева показаны частотные характеристики конденсатора звена фильтра C₁₂ встроенного в кристалл процессора Xeon обозначенного как "Core capacitors" и их зависимость от Ri. Из графика видно, даже рабочая полоса частот этого конденсатора существенно сужается. Если рассмотреть тот же график в логарифмическом масштабе по шкале К (вверху справа), то станут видны более существенные различия. Внутреннее сопротивление генератора помехи существенно снижает и коэффициент подавления помех. Взаимосвязь снижения фильтрующих свойств и мощности помехи очевидна.

Это приводят к существенному ухудшению фильтрации помех при режимах работы процессора, характеризующихся высокой загрузкой процессора и максимальными тактовыми частотами. И соответственно ростом уровня помех генерируемых процессором в этом режиме в диапазоне частот от максимальной для процессора до частоты среза фильтра.

На правом рисунке желтым выделена область где реактивное сопротивление носит индуктивный характер.

Фильтрующие конденсаторы на панели процессора.

На рисунке слева показаны суммарные частотные характеристики звеньев фильтра установленных на панели процессора (держателе кристалла) и на кристалле, для тех же значений Ri. Они так же существенно зависят от Ri. А справа те же характеристики в логарифмическом масштабе по оси К. На выделенном желтым участке частот реактивное сопротивление фильтра носит индуктивный характер, здесь реактивное сопротивление (X_L) собственной индуктивности этих конденсаторов намного превышают внутреннее сопротивление генератора помех. В результате их (помех) проникновение в линии распределения питания.

OSCON конденсаторы фильтров.

Частотные характеристики высококачественного оксидного конденсатора типа OSCON 2200,0 мкФ, ESR= 13 mOm, ESL=15 nH. Это звено неработоспособно как фильтр уже на частотах выше нескольких мегагерц. Поскольку его реактивное сопротивление много превышает внутреннее сопротивление генератора помех.

Эквивалентный генератор помех и его характеристики.

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

P₁=f_пC_нЕ²

Где: f_{п –}частота переключения;C_{н –}емкость нагрузки инвертора; Е – напряжение питания инвертора.

Максимальная суммарная мощность определяется по правилу суммирования мощностей параллельных источников:

P_Σ = P₁+P₂ +…+Pn или P_Σ=N·Pi

здесь N – число элементарных ключей, Pi – мощность генерируемая одним ключом.

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

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

Здесь: 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 Ri_n, определяется по правилу суммирования N проводимостей включенных параллельно. В результате получим:

Ri = Ri_n/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.

<<Назад>> <<в начало>> <<на главную>>

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

Дата - 2007 год. Ver.4