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談談旁路和去耦合電容-原理部分

作者: 時間:2011-03-15 來源:網(wǎng)絡 收藏

去藕電容和電容

去藕電容就是起到一個小電池的作用,滿足電路中電流的變化,避免相互間的耦合干擾。關于這個的理解可以參考電源掉電,Bulk電容的計算,這是與之類似的。

電容實際也是去藕合的,只是電容一般是指高頻噪聲旁路,也就是給高頻的開關噪聲提高一條低阻抗泄防途徑。

所以一般的旁路電容要比去藕電容小很多,根據(jù)不同的負載設計情況,去藕電容可能區(qū)別很大,當旁路電容一般變化不大。關于有一種說法“旁路是把輸入信號中的干擾作為濾除對象,而去耦是把輸出信號的干擾作為濾除對象,防止干擾信號返回電源”,我個人不太同意,因為高頻信號干擾可以從輸入耦合也可以從輸出耦合,去藕的掉電可以是負載激增的輸出信號也可以是輸入信號源的突變,因此我個人覺得怎么區(qū)分有點糾結。

電容模型分析

如果電容是理想的電容,選用越大的電容當然越好了,因為越大電容越大,瞬時提供電量的能力越強,由此引起的電源軌道塌陷的值越低,電壓值越穩(wěn)定。但是,實際的電容并不是理想器件,因為材料、封裝等方面的影響,具備有電感、電阻等附加特性;尤其是在高頻環(huán)境中更表現(xiàn)的更像電感的電氣特性。

我們這里使用的電容一般是指多層陶瓷電容器(MLCC),其最大的特點還是由于使用多層介質(zhì)疊加的結構,高頻時電感非常低,具有非常低的等效串聯(lián)電阻,因此可以使用在高頻和甚高頻電路濾波無對手。

關于其特性分析和分類可以參考以前的文章:

urface Mounted Capacitor(表貼電容) Ps:大部分是英文的,我有空把它翻譯整理過來。

電容模型為

等效串聯(lián)電阻ESR:由電容器的引腳電阻與電容器兩個極板的等效電阻相串聯(lián)構成的。當有大的交流電流通過電容器,ESR使電容器消耗能量(從而產(chǎn)生損耗),由此電容中常用用損耗因子表示該參數(shù)。

等效串聯(lián)電感ESL:由電容器的引腳電感與電容器兩個極板的等效電感串聯(lián)構成的。

等效并聯(lián)電阻EPR:電容器泄漏電阻,在交流耦合應用、存儲應用(例如模擬積分器和采樣保持器)以及當電容器用于高阻抗電路時,Rp是一項重要參數(shù),理想電容器中的電荷應該只隨外部電流變化。然而實際電容器中的EPR使電荷以RC時間常數(shù)決定的速度緩慢泄放。

通過上述參數(shù),我們可以知道得到電容阻抗曲線

我找了Murata的電容做了對比

1000pF 0402

100nF 0603

實際電容的阻抗是如圖所示的網(wǎng)絡的阻抗特性,在頻率較低的時候,呈現(xiàn)電容特性,即阻抗隨頻率的增加而降低,在某一點發(fā)生諧振,在這點電容的阻抗等于等效串聯(lián)電阻ESR。在諧振點以上,由于ESL的作用,電容阻抗隨著頻率的升高而增加,這是電容呈現(xiàn)電感的阻抗特性。在諧振點以上,由于電容的阻抗增加,因此對高頻噪聲的旁路作用減弱,甚至消失。電容的諧振頻率由ESL和C共同決定,電容值或電感值越大,則諧振頻率越低,也就是電容的高頻濾波效果越差。

ESL首先和電容的封裝直接相關的,封裝越大,ESL也越大。因此我們并聯(lián)三個電容以上對于濾除噪聲來說并不是很明顯的。這里有個問題,我們甚至希望可以得到0402的0.1uF的電容,但是這個是比較難得,因為封裝越小,操作電壓和容值都是有限制的,所以理智的做法就是用兩個電容。

通過曲線我們發(fā)現(xiàn),如果我們只是考慮1MHz以內(nèi)的噪聲的時候,在大多數(shù)情況下,旁路電容的規(guī)則可以簡化為只用0.1 μF電容旁路每一個芯片。不過我們要選擇0603的MLCC的電容,而且要注意電路布局。如果我們沿著電路板上的電流路線,可以發(fā)現(xiàn)電路板銅線上存在電感。在任何電流路徑上的電感與該路徑的閉環(huán)面積呈正比。因此,當你圍繞一個區(qū)域?qū)υ骷M行布局時,你需要把元器件緊湊地布局(為了使電感為最低)。



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關鍵詞: 旁路 去耦電容

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