中心論題：

• 在計算機CPU的電源線(xiàn)路中，當負載高速變化時(shí)會(huì )產(chǎn)生大的電壓波動(dòng)，可能會(huì )導致嚴重的后果
• 解決這一問(wèn)題最簡(jiǎn)單最有效的方法是大量合理使用高性能去耦電容器
• PA-Cap聚合物片式疊層鋁電解電容器具有很多優(yōu)點(diǎn)，是去耦電容的最佳選擇
• 通過(guò)實(shí)驗對三種電容器在減小電源電壓的瞬間波動(dòng)的效果上進(jìn)行了比較
• 經(jīng)過(guò)實(shí)驗證實(shí)PA-Cap電容器可以有效地抑制電源電壓下降，穩定電路工作

解決方案：

• 大量合理使用高性能去耦電容器可以抑制CPU高速大負荷負載電流變化引起的瞬時(shí)電源電壓波動(dòng)
• 在開(kāi)關(guān)電源和數字電路中選用PA-Cap電容器是最好的選擇

引言
在計算機、通信、網(wǎng)絡(luò )、數碼產(chǎn)品和消費電子等領(lǐng)域中，隨著(zhù)超大規模集成電路技術(shù)不可避免的進(jìn)一步等比縮小，集成電路的供電電壓持續降低。目前供電電壓降到1.05V，甚至更低，而耗散功率卻有增無(wú)減，隨之電流則成倍地急劇增加。以計算機為例，下表列出了歷年的微處理器性能參數變化情況。
 

在個(gè)人計算機特別是筆記本電腦中，由于高速大負荷負載電流的急劇變化，使電源電壓產(chǎn)生波動(dòng)，是因為實(shí)際的電源平面總是存在著(zhù)阻抗，這樣，在瞬間電流通過(guò)的時(shí)候，就會(huì )產(chǎn)生一定的電壓降和電壓波動(dòng)。這種電壓波動(dòng)會(huì )引起數字電路存儲性器件中的數據意外翻轉而產(chǎn)生誤動(dòng)作，其后果是十分嚴重的，解決這一問(wèn)題是至關(guān)重要的。

目前一種方法是減小電源阻抗，然而由于非理想因素的存在，實(shí)際上電源阻抗的設計不可能十分小。而解決這一問(wèn)題的最簡(jiǎn)單也最有效的方案是大量合理使用高性能去耦電容器。

一、電路的去耦電容器
去耦電容有兩種作用：一是作為電路電源的蓄能，相當于起到電池的作用，提供該數字電路脈沖瞬間的充放電能，以滿(mǎn)足電路中電流的變化需要；二是因為各部分電路共用一個(gè)電源,以消除由于電源的公共阻抗或布線(xiàn)電感而引起各電路相互間的耦合干擾。

普通電解電容器由于內阻大，瞬時(shí)響應慢、高頻特性差，已難以適應計算機超大規模集成電路的高速大負荷負載電流變化的需求。因此，目前在計算機尤其是筆記本電腦已大量采用了高分子導電材料的聚合物電容器。

計算機的電源和CPU電源直流轉換電路都采用開(kāi)關(guān)電源的方式，電源輸出的雜波頻率都在幾十KHz至幾百KHz。為了實(shí)現計算機低功耗化，在其內部設置有停止時(shí)鐘的電路。一旦計算機要進(jìn)入休眠狀態(tài)，便利用停止時(shí)鐘電路，使開(kāi)關(guān)電源停止工作，減少電力消耗。這樣，電路將頻繁地改變接通/斷開(kāi)的狀態(tài)。為此，開(kāi)關(guān)電源要具備相當快的響應速度，就必須采用電流轉換能力強、高頻特性好、ESR等效串聯(lián)電阻低的PA-Cap聚合物片式疊層鋁電解電容器作為去耦電容，減小電源電壓的瞬間波動(dòng)，以使計算機工作具有高穩定性和可靠性。

二、電路的三種類(lèi)型電容器實(shí)驗
下面在模擬計算機的CPU高速大負荷負載電流變化時(shí)的電路中，用AL液體鋁電解電容器、TA片式疊層鉭電解電容器和PA-Cap聚合物片式疊層鋁電解電容器進(jìn)行平滑電流的波動(dòng)，在CPU電源與負載工作時(shí)電壓變化的實(shí)驗應用效果比較。

實(shí)驗模擬電路如下圖所示：

計算機電源與負載工作時(shí)的實(shí)驗電路模型

由E、CE、rE組成模擬電源，電源電壓E＝4 V，電源內阻rE＝1Ω；CT為去耦（測試）電容；
Rs為CPU休眠負載；G、RL組成模擬CPU高速大負荷電流變化的負載。

實(shí)驗電路原理：
在計算機中，由于CPU工作狀態(tài)通常是從休眠狀態(tài)瞬間進(jìn)入全部電路同時(shí)開(kāi)始工作狀態(tài)。電源部分對應這種負載急劇變化反映為電流不能及時(shí)供應。上圖模擬了計算機的CPU電源與負載之間工作時(shí)的模擬實(shí)驗電路。

電源E、CE輸出4 V直流電壓，經(jīng)電源內阻rE降壓后，在CPU休眠負載Rs上得到2.9 V的電壓，Is=0.173(A)。G作為開(kāi)關(guān)管，其導通或截止模擬500KHz高速大負荷電流IL=0.88(A)的負載RL接入休眠負載中，電源負載電流急劇增加5倍而引起電源電壓波動(dòng)。測試檢驗三種不同類(lèi)型的CT去耦電容在瞬間釋放電能供應大電流以抑制電源電壓下降的能力與效果。

實(shí)驗儀器：
1、 DF1731SL2A電源
2、 YB1620H DDS 數字合成函數波形發(fā)生器
3、 TDS1002 60MHZ數字示波器

實(shí)驗條件：
CPU休眠時(shí)電流Is=0.173(A)
CPU負載時(shí)電流IL=0.88(A)
CPU電源休眠與負載的電流變化量為5倍
模擬CPU負載的開(kāi)關(guān)頻率f= 500 KHz；

實(shí)驗測試方法：
將CT測試電容用液體鋁電解電容器（1000μF）、固體鉭電解電容器（470μF、220μF）和PA-Cap聚合物片式疊層鋁電解電容器（56μF、82μF）分別接入，用數字示波器在CT電容器兩端測試輸出的電壓波形。
實(shí)驗測試波形：
1、當測試電容為(AL)液體鋁電解電容器CT=1000μF ESR=56mΩ時(shí)，輸出電壓下跌值為232mV。


2、當測試電容為(Ta)鉭電解電容器CT＝470μF ESR=149mΩ時(shí)，輸出電壓下跌值為292mV。


3、當測試電容為(Ta)鉭電解電容器CT＝220μF ESR=73mΩ時(shí)，輸出電壓下跌值為172mV。


4、當測試電容采用(PA-Cap)聚合物片式疊層鋁電解電容器CT＝56μF ESR=23mΩ時(shí)，輸出電壓下跌值為90mV。


5、當測試電容采用(PA-Cap)聚合物片式疊層鋁電解電容器CT＝82μF ESR=13mΩ時(shí)，輸出電壓下跌值僅為66mV。


實(shí)驗數據：

三、電路的實(shí)驗分析：
從以上的實(shí)驗波形和數據可見(jiàn)，用三種不同類(lèi)型的去耦電容器在電路中的作用與效果：

1、AL液體鋁電解電容器雖然容量大（1000μF）、ESR值較低（56 mΩ），但由于是卷繞型結構的電容器其等效串聯(lián)電感ESL值大、電解液離子電導率低（λ＝0.01S/cm）, 瞬時(shí)響應慢而高頻特性差導致應用效果不佳，電源電壓變化值為232mV。

2、Ta固體片式鉭電解電容器，其中470μF雖然容量較大，ESR值卻較高（149 mΩ）而效果還不如220μF（73mΩ）的好。因此，由于ESR值較高，電容的陰極材料MnO2的電導率較低（0.1S/cm）,其高頻特性不好而使得應用效果不理想，電源電壓變化值達到了292mV和172mV。

3、PA-Cap聚合物鋁片式疊層電解電容器，具有極低的等效串聯(lián)電阻（ESR）值，采用PPY導電高分子聚合物作為電容的陰極材料，其電導率達到100S/cm, 具有快速的電流轉換能力和瞬時(shí)響應能力,理想的頻率特性，只要用小容量的PA-Cap(56μF)比固體鉭電容（220μF、470μF）和液體鋁電容（1000μF）的應用效果強數倍。

四、實(shí)驗結論
在模擬計算機CPU電源的應用實(shí)驗證明：為抑制CPU高速大負荷負載電流變化而引起的瞬時(shí)電源電壓波動(dòng)，選擇λ電導率高、ESR值和ESL值低，瞬時(shí)響應能力強的作為電源補償電容（多個(gè)并聯(lián)效果更佳），對于CPU電路所用電容器的選擇是十分重要的。

結語(yǔ)
新型電解電容器——聚合物片式疊層鋁電解電容器（PA-Cap），具有高電導率，極低的等效串聯(lián)電阻（ESR）值和等效串聯(lián)電感（ESL）值，穩定的頻率特性和溫度特性，寬溫長(cháng)壽命高可靠性。PA-Cap聚合物片式疊層鋁電解電容器應用于計算機CPU中，能在負載急劇變化時(shí)及時(shí)提供電流，抑制電源電壓下降，有效地穩定電路工作。PA-Cap聚合物片式疊層鋁電解電容器在數字電路的電源中使用,可以進(jìn)一步提高電子整機工作性能的穩定性和可靠性。