tag 标签: 去耦

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    2023-5-5 22:57
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    很多新手设计电路,通常会觉得电源的设计很简单,不就是线性电源和开关电源吗?找个参考设计抄一下就行了。。。。。 因为如此,电源往往是我们在电路设计过程中最容易忽略的环节。相反,电源虽然是设计中非常基础的部分,但是,作为一款优秀的设计,电源设计应当是非常重要的,它很大程度影响了整个系统的稳定性,以及性能和成本。 下面这张图是我设计的一个对照图。人体器官对应常见电路的功能模块,我觉得这样比较形象。比如,大脑就对应常用的电路系统中的CPU部分,肚子呢?吃东西的,就相当于存储部分。而我们的心脏不停的跳动,泵血,当然就相当于电路系统中的电源了。 当然,电源可以聊的地方非常多。比如我们要设计一个开关电源就需要搞懂以下这些知识 1)认识组成开关电源的所有元器件; 2)掌握各种元器件的电气性能和电路符号; 3)会自己制作各种磁性元件; 4)会正确装配电源中的各个部分; 5)了解电源各项指标的意义并掌握如何测试的方法; 6)会使用仪器对装配后的电源进行正确的调试,优化和折衷; 7)会对获得的实验结果进行分析,并进行总结; 8)会从不同的渠道不断地学习电源知识. 。。。。。。。 退 耦 电容的工作逻辑 因此,本文不会展开聊,只是关注一个小细节,就是电源中的退耦电容。 这往往又是电源设计中最容易被忽略的地方。很多人搞ARM,搞DSP,搞FPGA,乍一看似乎搞的很高深,但未必有能力为自己的系统提供一套廉价可靠的电源方案。退耦电容是电源电路不可或缺的部分,我们从退耦电容一个作用点说起---退耦电容的小池塘作用。 为简单清晰的说明这个问题,我做了下图。左边是水库,右边是小池塘和玉米庄稼地。工作逻辑是这样的:虽然直接用水库里的水灌溉玉米地也是可以的,但是由于距离太远,远水解不了近渴,所以庄稼地很容易干死。因此,通常情况下,在玉米地附近,会配套的开发出,小池塘,用作零时的水源供应。 详细来说,当玉米地需要灌溉时,从旁边的小池塘中,可以直接取水,保证玉米的稳定生长。而小池塘中,如果缺水,可以从水库中调水过来,因此池塘是有存储功能的。这样就可以保证整个系统的稳定工作。 对照来说,水库就相当于式电路系统中的电源供应模块,小池塘就相当于是退耦电容,而玉米地就是工作的芯片,处理器等。芯片稳定工作,需要稳定的供电,但是如果芯片的电压需求波动时,电源来不及及时处理,此时,退耦电容就可以充当临时电池,来补充需要的电源。以保证系统的稳定工作。 很多人对电容的概念大多还停留在理想的电容阶段,一般认为电容就是一个C。却不知道电容还有很多重要的参数。实际的电容可以等效成下面的电路形式: C:电容容值。一般是指在1kHz,1V 等效AC电压,直流偏压为0V情况下测到的,不过也可有很多电容测量的环境不同。但有一点需注意,电容值C本身是会随环境发生改变的。 ESL:电容等效串联电感。电容的管脚是存在电感的。在低频应用时感抗较小,所以可以不考虑。当频率较高时,就要考虑这个电感了。举个例子,一个0805封装的0.1uF贴片电容,每管脚电感1.2nH,那么ESL是2.4nH,可以算一下C和ESL的谐振频率为10MHz左右,当频率高于10MHz,则电容体现为电感特性。 ESR:电容等效串联电阻。无论哪种电容都会有一个等效串联电阻,当电容工作在谐振点频率时,电容的容抗和感抗大小相等,于是等效成一个电阻,这个电阻就是ESR。因电容结构不同而有很大差异。铝电解电容ESR一般由几百毫欧到几欧,瓷片电容一般为几十毫欧,钽电容介于铝电解电容和瓷片电容之间。 常见的电容,有铝电解电容,瓷片电容和钽电容等。 铝电容是由铝箔刻槽氧化后再夹绝缘层卷制,然后再浸电解质液制成的,其原理是化学原理,电容充放电靠的是化学反应,电容对信号的响应速度受电解质中带电离子的移动速度限制,一般都应用在频率较低(1M 以下)的滤波场合,ESR主要为铝萡电阻和电解液等效电阻的和,值比较大。铝电容的电解液会逐渐挥发而导致电容减小甚至失效,随温度升高挥发速度加快。 2)瓷片电容存放电靠的是物理反应,因而具有很高的响应速度,可以应用到上G的场合。不过,瓷片电容因为介质不同,也呈现很大的差异。性能最好的是C0G材质的电容,温度系数小,不过材质介电常数小,所以容值不可能做太大。而性能最差的是Z5U/Y5V材质,这种材质介电常数大,所以容值能做到几十微法。 3)钽电容无论是原理和结构都像一个电池。 首先,要说的是钽电容其实是电解电容的一种,这个很多人都不知道。钽电容拥有体积小、容量大、速度快、ESR低等优势,价格也比较高。决定钽电容容量和耐压的是原材料钽粉颗粒的大小。颗粒越细可以得到越大的电容,而如果想得到较大的耐压就需要较厚的Ta2O5,这就要求使用颗粒大些的钽粉。所以体积相同要想获得耐压高而又容量大的钽电容难度很大。钽电容需引起注意的另一个地方是:钽电容比较容易击穿而呈短路特性,抗浪涌能力差。因此,虽然钽电容有很多优点,但由于某些场合容易被击穿,因此应用的时候,一定要多加考虑。很多时候,我们避免用钽电容。 电源设计中电容的作用 在电源设计应用中,电容主要用于滤波(filter)和退耦/旁路(decoupling/bypass)。 滤波主要指滤除外来噪声 而退耦/旁路是减小局部电路对外的噪声干扰。 一般滤波主要使用大容量电容,对速度要求不是很快,但对电容值要求较大。一般使用铝电解电容。 浪涌电流较小的情况下,使用钽电容代替铝电解电容效果会更好一些。一般来说,作为退耦的电容,必须有很快的响应速度才能达到效果。 另外,退耦电容需要满足两个要求,一个是容量需求,另一个是ESR需求。 也就是说一个0.1uF的电容退耦效果也许不如两个0.01uF电容效果好。而且,0.01uF电容在较高频段有更低的阻抗,在这些频段内如果一个0.01uF电容能达到容量需求,那么它将比0.1uF电容拥有更好的退耦效果。通常,电源的滤波中,会考虑将不同容值得得电容并联起来,以形成一个低阻抗的坑,达到更好的滤波效果,让系统工作更稳定。
  • 热度 9
    2022-3-19 15:42
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    绕远也是一种优化——解决一个BUCK问题
    每次收到表扬都会很高兴,特别是收到面包板的表扬,毕竟是真金白银的——2元表扬。哈哈哈哈哈,开玩笑,真心高兴,鼓励我继续。 来到新单位有一段时间了,基本上还是审图,然后写写程序。好久没画电路图了,好真有点手痒痒。最近有个项目,原来几版都没出现的问题,在我来之后出现了,自然也就落在我的头上,也是难得的表现机会。 说起来也很奇怪,一个BUCK电路的问题,降压电路不成功。虽然我不是专做电源的,但是各类电源也做过不少。虽然没有丰富的拓扑理论知识,但是一般的DCDC也不至于搞不定。但是这个BUCK电路的问题一开始还真让我头疼一阵子。 电路原理图如下,再次重复,单位资料保密,无法截图,只能自己做个示意图,介意请绕道。 同样的参数,在前一版就没有任何问题,输出完全正常;但是在这一版,输出很小,根本不是正常输出; 通过不断换电容,电阻,IC都没法改变不好使的情况; 降低输入电压有效,但是恢复到正常输入电压还是不行,不稳定,无法带负载; 总结应该是没有锁住反馈,收到干扰导致BUCK芯片没法正常工作,那干扰从哪来呢? 我断开所有负载也没有好转,我加上假负载也是一样。后来静下心看看PCB吧,虽然画PCB的同事水平很高,不应该怀疑,但是实在没办法,时间不等人了。 经过不断相面,也没发现什么,GND是内层,很完整。线也是该粗的粗,该细的细。唯一让我感觉有点怀疑的就是图中红色和蓝色两根线,为了减小走线长度的关系,走线变现成下图的情况。 问题就是两根线一个是蓝色的反馈线和红色的BUCK供电线,两根线都在BUCK的续流二极管和电感以及IC下面,这都是PWM的高频振荡的正下方,收到的干扰也是最大的。 找到可能的原因,动手割线、飞线、重新焊接,在IC的输入端增加10nF的小电容,防止自激,效果如下图。 测量输出,完美。调整输入,测量输出也没有任何问题。这样总算是完成任务。 想想这过程,本来PCB的走线是为了缩短走线距离,走线在高频振荡的器件下面,虽然有内层GND做隔离,但是还是不稳定。更改走线,绕个远就好很多,当然最关键的还是输入端的去耦小电容,这几个都是缺一不可的,因为只要去耦小电容,走线不合理也是没用的,特别是DCDC,虽然现在的DCDC芯片抗干扰已经很强了,但是也需要走线合理才好。 电路有时候就像人生,有绕远也不一定是坏事,多走走,多想想,可能会做出更好的选择。
  • 热度 2
    2017-11-19 15:02
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    1. 去耦电容的选择 电容类型总结表格 实际的电容并不是理想,表现为: a.电容具有引脚电感,当频率高到一定的值后会使得电容的阻抗增加; b.电容具有ESR,这也会降低电容的性能; c.电容有温度特性,随着温度的改变,电容的介质属性会变化并引起容值的变化; d.电容的容值会由于介质老化而慢慢变化; e.电容过压会爆炸。 当选择去耦电容时,充分理解上述非理想性是很重要的,串联电感和ESR的影响可以计算得到,关于温度特性、老化特性和电压范围只能由生产厂家提供详细资料。 用等效交流阻抗来评估一个去耦电容的优劣,等效交流阻抗用电阻、电感和电容阻抗的均方根值来近似:ohms 其中:R ESR :电容的串联电阻;X ac :电容的等效交流阻抗;L:电容管脚、封装、接插件电感的和。 下图所示的为一个电容的频响曲线。图中可以看出电容的带通特性(bandpass characteristics),低频段,电容表现为电容,当频率增加,电感成分占了上风,阻抗随频率增加而增加。 电容的阻抗很大程度上依赖于数字信号的频谱成分。因此,应该正确选择这一频率,可是在数字系统中因为信号包含很多频率成分,所以这一频率不是可以直接得到的。有一些方法可以得到旁路电容必须通过的最大频率。一些工程师简单的选择最大频率为基频的五次谐波,例如,如果总线的频率为500MHz,它的五次谐波为2500MHz。如果电容的引脚电感或ESR很高,那么可以另外选择电容或并联放置电容以降低等效电感和电阻。 2. 去耦电容的去耦时间的计算 本文从另外一个更直观的角度来说明去耦电容的这种特性,即电容的去耦时间。稳压电源以及去耦电容是构成电源系统的两个重要部分。对于,现在芯片的速度越来越快,尤其对于高速处理芯片,负载芯片的电流需求变化也是非常快。内部晶体管开关速度极快。 例如,处理芯片内部有 2000 个晶体管同时发生状态翻转,转换时间是 1ns ,总电流需求为 600mA 。 这就意味着,电源系统必须再 1ns 时间内补足 600mA 瞬态电流。但是,对于目前的稳压源系统来说,在这么短的时间内并不能反应过来,相对于快速变化的电流,稳压源明显滞后了。根据一般经验来说,稳压源的频率响应为几百 K 左右,因为在时域系统里, 1/100KHz=10us ,也就是说,稳压源最快的响应时间为 10us ,无法在 1ns 时间里得到响应。这样的后果是,负载还在嗷嗷待哺等待电流,稳压源却无法及时提供电流,总功率一定,电流增大了,于是电压就会被拉下来,造成了轨道塌陷,因此噪声就产生了。 如何解决呢?方法是并联不同容值的电容器。因为,稳压源需要 10us 才能反应过来,所以在 0-10us 的时间里也不能干等着,需要用恰当的电容来补充。比如按照 50mohm 的目标阻抗,可以计算出电容: C=1/(2*PI*f*Z)=31.831uf 而电容的最高频率同时可以计算出来,假设 ESL 为 5nH, 所以有 f=Z/(2*PI*ESL)=1.6MHz 。 也就是说加入 31.831uf 的电容,可以提供 100KHz 到 1.6MHz 频段的去耦。另外, 1/1.6MHz=0.625us ,这样一来, 0.625us 到 10us 这段时间电容能够提供所需要的电流。 10us 之后,稳压源能够提高需要的稳定电流。 另外,加上一个大电容并不能满足要求,通常还会放一些小电容,例如 15 个 0.22uf 的电容,可以提供高至 100MHz 的去耦,这些小电容的最快反应时间是 1/100MHz=1ns ,因此,这些电流能够保证 1us 之后的电流需求。 此外,这个反应时间可能还不太够,一般需要将退耦频率提高到 500MHz ,也就是反应时间快到 200ps ,应该就安全了。计算方法,同上,不再赘述。感兴趣的可以了解一些,目标阻抗de的计算,很有意思。
  • 热度 27
    2014-8-30 23:01
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    对于电源去耦,一直都不太了解。 设计电路电源部分的时候,都习惯性的在电源模块输入和输出以及芯片的供电端增加一个1uF的钽电容和1个0.01uF的陶瓷电容,据说可以起到电源滤波和去耦的作用,但其实,一直都不明白,这是要干什么,有机会学习学习,再来补充。 也欢迎大家都说说,这是什么个意思。
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    滤波电容、去耦电容、旁路电容作用滤波电容、去耦电容、旁路电容作用滤波电容用在电源整流电路中,用来滤除交流成分。使输出的直流更平滑。去耦电容用在放大电路中不需要交流的地方,用来消除自激,使放大器稳定工作。旁路电容用在有电阻连接时,接在电阻两端使交流信号顺利通过。1.关于去耦电容蓄能作用的理解1)去耦电容主要是去除高频如RF信号的干扰,干扰的进入方式是通过电磁辐射。而实际上,芯片附近的电容还有蓄能的作用,这是第二位的。你可以把总电源看作密云水库,我们大楼内的家家户户都需要供水,这时候,水不是直接来自于水库,那样距离太远了,等水过来,我们已经渴的不行了。实际水是来自于大楼顶上的水塔,水塔其实是一个buffer的作用。如果微观来看,高频器件在工作的时候,其电流是不连续的,而且频率很高,而器件VCC到总电源有一段距离,即便距离不长,在频率很高的情况下,阻抗Z=i*wL+R,线路的电感影响也会非常大,会导致器件在需要电流的时候,不能被及时供给。而去耦电容可以弥补此不足。这也是为什么很多电路板在高频器件VCC管脚处放置小电容的原因之一(在vcc引脚上通常并联一个去藕电容,这样交流分量就从这个电容接地。)2)有源器件在开关时产生的高频开关噪声将沿着电源线传播。去耦电容的主要功能就是提供一个局部的直流电源给有源器件,以减少开关噪声在板上的传播和将噪声引导到地2.旁路电容和去耦电容的区别去耦:去除在器件切换时从高频器件进入到配电网络中的RF能量。去耦电容还可以为器件供局部化的DC电压……
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    时间: 2020-1-15 12:45
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    上传者: 978461154_qq
    关于滤波电容、去耦电容、旁路电容作用,关于滤波电容、去耦电容、旁路电容作用……
  • 所需E币: 3
    时间: 2020-1-15 14:19
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    滤波电容、去耦电容、旁路电容关于滤波电容、去耦电容、旁路电容作用[转自EDNchina博客shanliang'BLOG]滤波电容用在电源整流电路中,用来滤除交流成分。使输出的直流更平滑。去耦电容用在放大电路中不需要交流的地方,用来消除自激,使放大器稳定工作。旁路电容用在有电阻连接时,接在电阻两端使交流信号顺利通过。1.关于去耦电容蓄能作用的理解1)去耦电容主要是去除高频如RF信号的干扰,干扰的进入方式是通过电磁辐射。    而实际上,芯片附近的电容还有蓄能的作用,这是第二位的。    你可以把总电源看作密云水库,我们大楼内的家家户户都需要供水,    这时候,水不是直接来自于水库,那样距离太远了,    等水过来,我们已经渴的不行了。    实际水是来自于大楼顶上的水塔,水塔其实是一个buffer的作用。    如果微观来看,高频器件在工作的时候,其电流是不连续的,而且频率很高,    而器件VCC到总电源有一段距离,即便距离不长,在频率很高的情况下,    阻抗Z=i*wL+R,线路的电感影响也会非常大,    会导致器件在需要电流的时候,不能被及时供给。    而去耦电容可以弥补此不足。    这也是为什么很多电路板在高频器件VCC管脚处放置小电容的原因之一  (在vcc引脚上通常并联一个去藕电容,这样交流分量就从这个电容接地。)2)有源器件在开关时产生的高频开关噪声将沿着电源线传播。去耦电容的主要功能就是提供      一个局部的直流电源给有源器件,以减少开关噪声在板上的传播和将噪声引导到地2.旁路电容和去耦电容的区别    去耦:去除在器件切换时从高频器件进入到配电网络中的RF能量。去耦电容还可以为器件    供局部化的DC电压源,它在减少跨板浪涌电流方面特别有用。旁路:从元件或电缆中……
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    时间: 2020-1-14 09:27
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    润泰天线去耦www.rimtai.comProperdecoupling:thekeytogoodverticalantennadesign砞璸やぱ絬闽龄:続讽癶寐|[pic]||FIGURE1||Electricfieldinvicinityof||an||isolatedcenter-drivendipole||antenna|||TheneedfordecouplingaverticalantennafromitscoaxialfeedlinecanbeappreciatedbyreferringtoFigure1.Antennaswhicharedrivenby2-conductortransmissionlinesalwayshavetwoterminals,insulatedfromeachother,betweenwhichthehighfrequencyACvoltagegeneratedbythetransmitterisimpressed.Figure1showsatypicalcenterdrivendipoleantenna,withterminalsa-b,acrosswhichtheACvoltagegeneratedbythetransmitterisconnected.Duringeac……
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    时间: 2019-5-25 21:54
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    各类电容器和EMI静噪滤波器用于电源与数字IC的连接,通过形成去耦电路充当滤波器.此去耦电路的功能如下:(1)抑制由IC产生噪声或进入IC的噪声;(2)提供与IC操作和维持电压有关的瞬态电流;(3)变为信号通道的一部分当此电路不起作用时,可能会出现以下问题:(1)由于存在噪声泄漏,与其他电路相干扰,或增加设备的噪声排放;(2)噪声从外源侵入,导致IC操作出现问题;(3)产生电源电压波动,干扰IC操作,降低信号完整性,增加信号上的噪声叠加;(4)由于信号电流的回路不足,降低信号完整性