标签: 电源噪声

旁路电容是电子设计中常用的电容器之一，主要用于过滤电源噪声和稳定电源电压。在实际应用中， 0.1uF 电容器是最常用的旁路电容值之一，那么为什么常用旁路电容是 0.1uF ，不是其他值？这个值是怎么来的？本文将深入探讨这个问题。 电源噪声过滤原理 在电子系统中，电源噪声是一种常见的问题，它会影响系统的性能和稳定性。电源噪声的产生主要是由于电源本身的波动和电子设备内部的干扰。旁路电容的作用就是通过对电源的滤波，减少电源噪声对电子系统的影响，提高系统的性能和稳定性。 在电路中，电容器是一种能够储存电荷的元件，具有良好的频率特性。当电流通过电容器时，电容器会将电流平滑地传递，并将高频的电源噪声滤掉。因此，通过在电路中加入合适的电容器，可以有效地减少电源噪声。 为什么常用的旁路电容是 0.1uF ？ 在实际应用中，旁路电容的选择需要考虑多个因素，例如电源噪声频率、容值大小、 ESR 等。不同的电路设计可能需要不同的旁路电容值。但是， 0.1uF 电容器是最常用的旁路电容值之一。下面从容值大小、成本因素、实践证明等多个方面进行分析： 1 、容值大小 旁路电容的容值大小需要根据具体的电子系统来选择。容值太小会导致电源噪声滤波效果不好，容值太大则会影响系统的响应速度。在实际应用中，常用的旁路电容值范围通常在 0.1uF 到 10uF 之间。 0.1uF 的容值大小适中，能够在一定程度上过滤电源噪声，同时不会影响系统的响应速度。这使得它成为了很多电路设计中的标准值。 2 、成本因素 在实际应用中，成本是一个非常重要的因素。 0.1uF 电容器的成本较低，可以批量生产，并且常见于大多数电子元器件的规格中，因此成为了很多电路设计的选择。 3 、实践证明 在实际应用中， 0.1uF 的电容器已经被广泛地应用于各种电子系统中，并且经过了实践的验证。许多经验丰富的电子工程师也推荐使用 0.1uF 的旁路电容，因为它已经被证明是有效的。 此外，许多现代芯片的数据手册中也推荐使用 0.1uF 的旁路电容。例如， ATmega328P 单片机的数据手册中明确指出：“每个电源引脚都需要一个 0.1uF 的旁路电容器来过滤电源噪声”。这说明， 0.1uF 的旁路电容在实践中确实具有很好的效果。 0.1uF 电容的特性 除了容值大小适中、成本低廉、经过实践证明之外， 0.1uF 电容还有其他一些特性，使得它成为了电路设计中的理想选择。 1 、频率响应 0.1uF 的电容器具有非常良好的高频响应能力。在实际应用中，许多电源噪声的频率都在几百 KHz 以上， 0.1uF 的电容器能够非常有效地滤掉这些高频噪声，提高系统的稳定性和性能。 2 、 ESR ESR 是电容器内部电阻的缩写，它会影响电容器的滤波效果。 0.1uF 的电容器具有较低的 ESR ，可以提供更好的滤波效果。 3 、尺寸 在电路设计中，尺寸也是一个非常重要的因素。 0.1uF 的电容器通常非常小，可以轻松地安装在 PCB 板上，不会占用太多的空间。 结论 在电子设计中，旁路电容是一种非常常见的电子元件，用于过滤电源噪声和稳定电源电压。 0.1uF 的电容器是最常用的旁路电容值之一。它的容值大小适中，成本低廉，经过实践验证，并且具有良好的频率响应、 ESR 和尺寸等特性，使得它成为了电路设计中的理想选择。 当然，在不同的电路设计中，选择旁路电容的值还需要考虑其他因素，如系统工作频率、电源噪声频率、 ESR 等。在实际应用中，电子工程师需要根据具体的情况来选择旁路电容的值，以达到最佳的滤波效果和性能。 关注公众号“优特美尔商城”，获取更多电子元器件知识、电路讲解、型号资料、电子资讯，欢迎留言讨论。

STM32是广泛应用的MCU，涵盖Cortex-M0、M3、M4和M7内核，共有1236多个系列，包含STM32主流MCU、STM32高性能MCU、STM32超低功耗MCU、STM32无线MCU、STM32 Arm Cortex MPUs等门类。 STM32 MCU内置高级12位ADC（取决于器件），提供自校准功能。在涉及模数转换的应用中，ADC精度会影响整体的系统质量和效率。而DC精度不仅取决于ADC性能和功能，还取决于ADC周围的整体应用设计，例如电源噪声，这些恰恰可以能通过电容器过滤掉。 就噪声而言，LDO的输出质量更佳。电源必须经过降压、整流和滤波，然后馈送到LDO。强烈建议将滤波电容连接到整流器输出。如果使用开关式电源，建议使用LDO供应模拟级。 在电源线和地线之间，建议连接具有优良高频特性的电容。也就是说，应在靠近电源的位置安装一个0.1μF和一个1至10μF的电容，这些电容允许AC信号通过它们。 小值电容过滤高频噪声，高值电容过滤低频噪声。 陶瓷电容通常为小值电容（1pF至0.1μF），并具有较小的额定电压（16V至50V）。建议将它们安装在靠近电源（VDD和VSS）和模拟供电（VDDA和VSSA）引脚的位置。它们将过滤PCB走线产生的噪声。小电容可快速响应电流浪涌并快速放电，满足快速电流要求。 钽电容还可以与陶瓷电容一起使用。要过滤低频噪声，可以使用高值电容（10μF至100μF），通常为电解电容。建议将它们安装在电源附近。 要过滤高频噪声，可使用与电源串联的铁氧体电感器。由于线圈的串行电阻极低，此解决方案导致的DC损失极低（可忽略不计），除非电流很大。但是，高频时的阻抗较高。 在大多数STM32微控制器中，VDD和VSS引脚的安装位置很接近。因此是VREF+和VSSA引脚。因此，可以在非常近的位置通过极短的引线将电容连接到微控制器。对于多个VDD和VSS引脚，应使用单独的去耦电容。 VDDA引脚必须连接到两个外部去耦电容（10nF陶瓷电容+1μF钽电容或陶瓷电容）。 100/144引脚封装STM32的电源和参考去耦 对于100/144引脚封装中提供的STM32微控制器，可通过在VREF+上连接单独的外部ADC参考电压输入来改善低压输入的精度。VREF+上的电压范围可以是2.4V至VDDA。若在VREF+上施加单独的外部参考电压，则必须将一个10nF和一个1μF电容连接到此引脚。 36/48/64引脚封装STM32的电源和参考去耦 任何情况下，VREF+都必须介于2.4V和VDDA之间。如果使用外部参考电压源（VREF+引脚上），还必须考虑该外部参考源的三个参考电压规格：温度漂移、电压噪声和长期稳定性。

在工程师们使用电源为被测件供电时，首先需要考虑的是电压、电流、功率，之后可能就是输出噪声了。理想电源应该有完美的 DC 输出， 在通道输出没有串扰信号，也没有任何信号从地线串扰到输出端。 但实际上，电源输出端上都存在有限的噪声； 在输出端与大地之间， 由于阻抗不是无穷大，也存在一些漏电流。 前者称为差模（或串模）电压噪声，后者称为共模电流噪声。 图 1 就是关于 共模与差模噪声源的简图     图 1.   共模与差模噪声简图                                 差模电压噪声是我们通常提到的电源噪声， 其来源主要是与输入电网频率相关的纹波以及其它随机噪声叠加构成。在开关电源中， 高频开关是最重要的纹波和噪声的来源。在高品质台式程控电源中，这两种噪声输出都很小，其噪声电压的峰峰值通常在 2-10mV 。同时，为了减少周围环境引入噪声，需要使用双绞线与被测件连接，并且让电源远离大功率设备及其它噪声源， 以确保差模电压噪声保持在很低的水平。   共模电流噪声是输出端与地之间的电流噪声信号。 通常情况下， 线性直流电源共模电流噪声要远优于开关直流电源。对于一些对噪声很敏感的应用， 如果不注意到这点，就可能会成为问题。下图显示共模电流噪声回路 ，因此，共模噪声本身就是电流信号。        在传统开关程控电源中，共模电流噪声通常要比线性电源高得多。在开关电源中，开关管通常是固定在散热器上，这样它们之间就存在一个寄生电容。开关管的高压转换(dV/dt)在电容上耦合到输出，通过这个寄生电容生成高达上百毫安的峰值高频共模电流。相比之下，正常设计的线性直流电源通常只会生成几微安的峰值共模电流噪声。但值得一提的是，如果设计不慎，线性直流电源仍能够生成几毫安的峰值共模电流噪声。     在回路中，共模电流噪声通过回路上的阻抗，会转化成高频电压噪声， 当这个高频电压噪声叠加在直流输出电压上时，会可能成为问题，它会体现基本与常模噪声基本相同的特征。 当然，这取决于被测件回路中的电流幅度和阻抗不平衡。如果足够大，这要比常模(差模) 电压噪声更加麻烦。一般来说，微安级的线性DC电源可以忽略不计，而传统开关DC电源几百毫安的电流则应该引起关注。因此，尽量减少接地线的长度、实现测试系统的共地都是减少共模噪声的有效方法。 由于共模电流噪声经常被错误理解或忽略，人们可能会留下错误的印象，即开关DC电源有高共模电流噪声，从而认为所有开关电源都不适合进行测试。     但事实证明，共模电流噪声通常对大多数应用并不是问题，大多数应用对噪声相对并不敏感。例如，这里讨论的通信和数字信息系统使用的器件， 在实际使用时就通过开关 DC电源供电。同样，数字电路在电路板上可能会生成相当大的噪声，本身就有明显的噪声余量。        但有些时候，共模电流噪声将会是个问题。 像一些诸如雷达这样灵敏的模拟电路，需要增加滤波后， 才可利用一些高性能的开关电源。这些开关电源可以在测试夹具上采用相应的低通滤波技术，能够衰减共模电流噪声中存在的高频谐波。这些滤波技术还可以有效用于其它高频噪声上的抑制，包括AC源EMI和接地环路拾取的噪声。不管采用哪种电源结构，这些噪声都可能会存在的。        下表汇总了各种 DC 电源典型的共模电流噪声性能。通过认真设计电源，可以最大限度地降低共模电流噪声，使系统开关电源适合低噪声测试的应用要求。例如， Agilent N6762A 电源模块就是开关电源的结构，但其峰值共模电流噪声不到 2 毫安。由于它已经达到甚至优于线性电源的性能，因此不管什么样的应用，其都不可能成为问题。   参数 传统 线性电源 Agilent N6762A 传统开关电源 共模噪声电流 , 20Hz–20MHz 最高几十 uA p-p 2 mA p-p 最高几百 mA pp 表 2: 共模噪声电流特点     由于这个共模电流噪声的存在，对地之间的任何阻抗都会产生一个压降这个压降等于该共模噪声电流乘以阻抗值。为了将它降到最低，可以将电源与被测件共地。 当然，这必须是一个干净的地。此外，任何对地阻抗都应有与之互补的对地阻抗值，从而由于阻抗的平衡抵消了任何产生的电压。当如果这个电路不是以大地为参考，例如差浮地供电，那么共模电源噪声通常就不会成为问题。   程控电源技术和应用指南（1）–线性程控电源的工作原理 程控电源技术和应用指南（2）–程控开关电源的工作原理 程控电源技术和应用指南（3）- 恒压和恒流输出模式 程控电源技术与应用指南（4）- 纹波和噪声 程控电源技术与应用指南（5）- 超低纹波和噪声的精确测量方法   程控电源技术和应用指南（6）- 减小电源到被测件的噪声     程控电源技术和应用指南（7）- 电源的串联和并联