tag 标签: 去耦电容

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    2020-3-21 16:51
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    去耦电容救场
    去耦电容,旁路电容,有人说一样,有人说不一样。不它是什么吧,就是IC的VDD端接地的一个“0.1uF”的小电容。为什么说是0.1uF呢,因为这个值都快成为去耦电容的标签了。有很多文章都解释过去耦电容,而且0.1uF并不是万能的,这点我是很同意的。但是不用104会造成什么影响呢?新进的工程师可能没有直观印象,下面我就讲一个我自己的例子——当然是错误的,加深印象。 以前的一个产品,直接点说就是一个无线大喇叭,用UHF频段接收无线语音数据然后扩音。原理很简单,做起来应该也很容易。注意应该这个词,现在随着工作年限的增长,什么电路都不敢说100%好用,什么鬼情况都有,吓怕了都。产品的要求就是两点:声音大,距离远。一般都说这个好办,放大音频信号,用大的音频功放,大音腔的喇叭,大功率的射频功放,高增益天线。但是,这些都不可能。成型的外壳,再改模具?用电池供电,再改适配器供电?好吧,好吧,每个错误都有一大堆理由,但也是无奈。 初步定1W的无线功放,4欧7W自带生压功能的D类功放,分别测试发现声音还是距离都可以,开始合在一起做板。量产品电路板一般也不允许用超过2层板的,毕竟成本要求,所以各种各样的问题都会出现,暂且不论EMC。然后开始测试,发现崩溃的现象。接收信号时,喇叭正常发声都没问题,但是发送无线信号时,音频D类功放冒烟了——烧毁。 开始做以下测试: 1.发射无线信号时D类功放还是一样轻烟渺渺。无线接收时,最大声D类功放都没事。 2.还以喇叭功放不匹配,换高电阻喇叭,还是一样。只要无线发送信号,到后来不接喇叭都烧。 看着手里的D类功放在逐渐减少,也不能再继续破坏性的实验了。先抱怨几句给的资源太有限(减压必备),冷静下来仔细想想。看来是跟无线发送信号和D类功放有关系了。降低无线发射功率,就没事了。那就是无线功放的谐波随着电源进入到D类功放内部,导致功放自激。看来下D类功放的Datasheet,果然D类功放没有过流保护。 剩下的就是解决方法了,重新画板,重新布局,射频部分离音频部分隔离。当然不可能了,都是钱啊。那就看看如何降低射频部分的耦合性。重新看一下短路,D类功放的去耦电容有两个,一个100uF(毕竟要求声音大,储能用),一个0.1uF(就它),越看它越变扭。改成100pF之后,再测试就一切风平浪静了。 其实也很简单,对于射频来说,电容不光是个容值(集总参数),还有其他一些部分,叫分布参数。就像下图中的高频模型,毕竟焊接点什么的都不能光理解为0欧的导线了。 这些内容就不说了,地球人都知道了。虽然是个模型,但是也能反映出,在电容的高频模型下,相当于一个RLC的谐振电路。理想的电容自然会随着频率的增高,阻抗会一直降低。但在高频部分就不会了。下图就是0.1uF电容0603封装的频率特性曲线,参照《360°详解去耦电容,真正的理解及在真正的工程中的应用》一文。 每个电容的谐振点都会不一样,那如何选择呢?有种方法是把10pF到10uF的所有电容值都并上作为去耦电容,那场面估计老壮观了。另外一种就是找到合适的频率的“零”电容。参照《射频电路工程设计》——射频电路的好书。书里面有专门部分讲解射频旁路电容如何选择,而且还有各种贴片电容(MuRata封装0603)谐振频率做个表格,那可都是实测值,非常佩服作者——大师巨匠。在SRFc(MHz)450对应144pF,看来选择100pF来做去耦电容是合适的,实测也起到了“零”电容的作用,完美救场。从此再也不轻易使用0.1uF电容,毕竟它可不是万能的,烧芯片的一缕缕青烟还历历在目。
  • 2015-7-30 21:41
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    滤波电容器在开关电源中起着非常重要的作用,如何正确选择滤波电容,尤其是输出滤波电容的选择则是每个工程技术人员都十分关心的问题。 50Hz 工频电路中使用的普通电解电容器,其脉动电压频率仅为100Hz ,充放电时间是毫秒数量级。 为获得更小的脉动系数,所需的电容量高达数十万 μF ,因此普通低频铝电解电容器的目标是以提高电容量为主,电容器的电容量、损耗角正切值以及漏电流是鉴别其优劣的主要参数。而开关电源中的输出滤波电解电容器,其锯齿波电压频率高达数十 kHz ,甚至是数十 MHz ,这时电容量并不是其主要指标,衡量高频铝电解电容优劣的标准是 “ 阻抗 – 频率 ” 特性,要求在开关电源的工作频率内要有较低的等效阻抗,同时对于半导体器件工作时产生的高频尖峰信号具有良好的滤波作用。 普通的低频电解电容器在 10kHz 左右便开始呈现感性,无法满足开关电源的使用要求。而开关电源专用的高频铝电解电容器有四个端子,正极铝片的两端分别引出作为电容器的正极,负极铝片的两端也分别引出作为负极。电流从四端电容的一个正端流入,经过电容内部,再从另一个正端流向负载;从负载返回的电流也从电容的一个负端流入,再从另一个负端流向电源负端。由于四端电容具有良好的高频特性,为减小电压的脉动分量以及抑制开关尖峰噪声提供了极为有利的手段。高频铝电解电容器还有多芯的形式,即将铝箔分成较短的若干段,用多引出片并联连接以减小容抗中的阻抗成份。并且采用低电阻率的材料作为引出端子,提高了电容器承受大电流的能力。   电容器的正确选择 (1)应根据电路要求选择电容器的类型。对于要求不高的低频电路和直流电路,一般可选用纸介电容器,也可选用低频瓷介电容器。在高频电路中,当电气性能要求较高时,可选用云母电容器、高频瓷介电容器或穿心瓷介电容器。在要求较高的中频及低频电路中,可选用塑料薄膜电容器。在电源滤波、去耦电路中,一般可选用铝电解电容器。对于要求可靠性高、稳定性高的电路中,应选用云母电容器、漆膜电容器或钽电解电容器。对于高压电路,应选用高压瓷介电容器或其他类型的高压电容器。对于调谐电路,应选用可变电容器及微调电容器。 (2)合理确定电容器的电容量及允许偏差。在低频的耦合及去耦电路中,一般对电容器的电容量要求不太严格,只要按计算值选取稍大一些的电容量便可以了。在定时电路、振荡回路及音调控制等电路中,对电容器的电容量要求较为严格,因此选取电容量的标称值应尽量与计算的电容值相一致或尽量接近,应尽量选精度高的电容器。在一些特殊的电路中,往往对电容器的电容量要求非常精确,此时应选用允许偏差在±0.1%~±0.5%范围内的高精度电容器。 有个参考公式的,RC=(3-5)*(T/2)的,其中R是等效负载,T是周期=1/f=0.02s(f按照市电50Hz算),如果前面那个系数取中间值4,那边这个滤波电容的容量就应该是:RC=2T=2*0.02=0.04,所以C=0.04/R(R是等效负载电阻),假设R=10ohm,那么这个电容的容量就是4000uF,实际就取4700uF了! (3)选用电容器的工作电压应符合电路要求。一般情况下,选用电容器的额定电压应是实际工作电压的1.2~1.3 倍。对于工作环境温度较高或稳定性较差的电路,选用电容器的额定电压应考虑降额使用,留有更大的余量才好。若电容器所在电路中的工作电压高于电容器的额定电压,往往电容器极易发生击穿现象,使整个电路无法正常工作。电容器的额定电压一般是指直流电压,若要用于交流电路,应根据电容器的特性及规格选用;若要用于脉动电路,则应按交、直流分量总和不得超过电容器的额定电压来选用。 (4)优先选用绝缘电阻大、介质损耗小、漏电流小的电容器。 (5)应根据电容器工作环境选择电容器。电容器的性能参数与使用环境的条件密切相关,因此在选用电容器时应注意: ①在高温条件下使用的电容器应选用工作温度高的电容器; ②在潮湿环境中工作的电路,应选用抗湿性好的密封电容器; ③在低温条件下使用的电容器,应选用耐寒的电容器,这对电解电容器来说尤为重要,因为普通的电解电容器在低温条件下会使电解液结冰而失效。 (6)选用电容器时应考虑安装现场的要求。电容器的外形有很多种,选用时应根据实际情况来选择电容器的形状及引脚尺寸。例如,作为高频旁路用的电容器最好选用穿心式电容器,这样不但便于安装,又可兼作接线柱使用。 原创文章,转载请注明:  转载自  吴川斌的博客  http://www.mr-wu.cn/  本文链接地址:  如何正确的选择滤波电容器 http://www.mr-wu.cn/selecting-choosing-capacitors-tutorial/
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    2015-6-4 14:53
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    从电路来说,总是存在驱动的源和被驱动的负载。如果负载电容比较大,驱动电路要把电容充电、放电,才能完成信号的跳变,在上升沿比较陡峭的时候,电流比较大,这样驱动的电流就会吸收很大的电源电流,由于电路中的电感,电阻(特别是芯片管脚上的电感,会产生反弹),这种电流相对于正常情况来说实际上就是一种噪声,会影响前级的正常工作。这就是耦合。 去藕电容就是起到一个电池的作用,满足驱动电路电流的变化,避免相互间的耦合干扰。旁路电容实际也是去藕合的,只是旁路电容一般是指高频旁路,也就是给高频的开关噪声提供一条低阻抗泄放途径。高频旁路电容一般比较小,根据谐振频率一般是 0.1u,0.01u 等,而去耦合电容一般比较大,是 10u 或者更大,依据电路中分布参数,以及驱动电流的变化大小来确定。 旁路是把输入信号中的干扰作为滤除对象,而去耦是把输出信号的干扰作为滤除对象,防止干扰信号返回电源。这应该是他们的本质区别。 去耦电容在集成电路电源和地之间的有两个作用: 一方面是本集成电路的蓄能电容,另一方面旁路掉该器件的高频噪声。 数字电路中典型的去耦电容值是 0.1μF。这个电容的分布电感的典型值是 5μH。 0.1μF 的去耦电容有 5μH 的分布电感,它的并行共振频率大约在 7MHz 左右,也就是说,对于 10MHz 以下的噪声有较好的去耦效果,对 40MHz 以上的噪声几乎不起作用。 1μF、10μF 的电容,并行共振频率在 20MHz 以上,去除高频噪声的效果要好一些。 每 10 片左右集成电路要加一片充放电电容,或 1 个蓄能电容,可选 10μF 左右。最好不用电解电容,电解电容是两层薄膜卷起来的,这种卷起来的结构在高频时表现为电感。要使用钽电容或聚碳酸酯电容。 去耦电容的选用并不严格,可按 C = 1 / F,即 10MHz 取 0.1μF,100MHz 取 0.01μF。 分布电容是指由非形态电容形成的一种分布参数。一般是指在印制板或其他形态的电路形式,在线与线之间、印制板的上下层之间形成的电容。这种电容的容量很小,但可能对电路形成一定的影响。 在对印制板进行设计时一定要充分考虑这种影响,尤其是在工作频率很高的时候。也成为寄生电容,制造时一定会产生,只是大小的问题。 布高速 PCB 时,过孔可以减少板层电容,但会增加电感。分布电感是指在频率提高时,因导体自感而造成的阻抗增加. 电容器选用及使用注意事项: 1. 一般在低频耦合或旁路,电气特性要求较低时,可选用纸介、涤纶电容器;在高频高压电路中,应选用云母电容器或瓷介电容器;在电源滤波和退耦电路中,可选用电解电容器。 2. 在振荡电路、延时电路、音调电路中,电容器容量应尽可能与计算值一致。在各种滤波及网(选频网络),电容器容量要求精确;在退耦电路、低频耦合电路中,对同两级精度的要求不太严格。 3. 电容器额定电压应高于实际工作电压,并要有足够的余地,一般选用耐压值为实际工作电压两倍以上的电容器。 4. 优先选用绝缘电阻高,损耗小的电容器,还要注意使用环境。 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 我们知道,一般我们所用的电容最重要的一点就是滤波和旁路,我在设计中也正是这么使用的。 对于高频杂波,一般我的经验是不要过大的电容,因为我个人认为,过大的电容虽然对于低频的杂波过滤效果也许比较好,但是对于高频的杂波,由于其谐振频率的下降,使得对于高频杂波的过滤效果不很理想。所以电容的选择不是容量越大越好。 疑问点: 1. 以上都是我的经验,没有理论证实,希望哪位可以在理论在帮忙解释一下是否正确。或者推荐一个网页或者网站。 2. 是不是超过了谐振频率,其阻抗将大大增加,所以对高频的过滤信号,其作用就相对减小了呢? 3. 理想的滤波点是不是在谐振频率这点上???(没有搞懂中) 4. 以前只知道电容的旁路作用是隔直通交,现在具体于PCB 设计中,电容的这一旁路作用具体体现在哪里? ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 在用电容抑制电磁骚扰时,最容易忽视的问题就是电容引线对滤波效果的影响。电容器的容抗与频率成反比,正是利用这一特性,将电容并联在信号线与地线之间起到对高频噪声的旁路作用。然而,在实际工程中,很多人发现这种方法并不能起到预期滤除噪声的效果,面对顽固的电磁噪声束手无策。出现这种情况的一个原因是忽略了电容引线对旁路效果的影响。 实际电容器的电路模型是由等效电感(ESL)、电容和等效电阻(ESR)构成的串联网络。理想电容的阻抗是随着频率的升高降低,而实际电容的阻抗是图 1 所示的网络的阻抗特性,在频率较低的时候,呈现电容特性,即阻抗随频率的增加而降低,在某一点发生谐振,在这点电容的阻抗等于等效串联电阻 ESR。在谐振点以上,由于 ESL 的作用,电容阻抗随着频率的升高而增加,这是电容呈现电感的阻抗特性。在谐振点以上,由于电容的阻抗增加,因此对高频噪声的旁路作用减弱,甚至消失。 电容的谐振频率由 ESL 和 C 共同决定,电容值或电感值越大,则谐振频率越低,也就是电容的高频滤波效果越差。ESL 除了与电容器的种类有关外,电容的引线长度是一个十分重要的参数,引线越长,则电感越大,电容的谐振频率越低。因此在实际工程中,要使电容器的引线尽量短。 根据 LC 电路串联谐振的原理,谐振点不仅与电感有关,还与电容值有关,电容越大,谐振点越低。许多人认为电容器的容值越大,滤波效果越好,这是一种误解。电容越大对低频干扰的旁路效果虽然好,但是由于电容在较低的频率发生了谐振,阻抗开始随频率的升高而增加,因此对高频噪声的旁路效果变差。表 1 是不同容量瓷片电容器的自谐振频率,电容的引线长度是1.6mm(你使用的电容的引线有这么短吗?)。表 1 电容值自谐振频率(MHz) 电容值自谐振频率(MHz)1m F 1.7 820 pF 38.50.1m F 4 680 pF 42.50.01m F 12.6 560 pF 453300pF 19.3 470 pF 491800 pF 25.5 390 pF 541100pF 33 330 pF 60 尽管从滤除高频噪声的角度看,电容的谐振是不希望的,但是电容的谐振并不是总是有害的。当要滤除的噪声频率 确定时,可以通过调整电容的容量,使谐振点刚好落在骚扰频率上。 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 一般来说,容量为uf 级的电容,象电解电容或钽电容,他的电感较大,谐振频率较小,对低频信号通过较好,而对高频信号,表现出较强的电感性,阻抗较大,同时,大电容还可以起到局部电荷池的作用,可以减少局部的干扰通过电源耦合出去;容量为0.001~0.1uf 的电容,一般为陶瓷电容或云母电容,电感小,谐振频率高,对高频信号的阻抗较小,可以为高频干扰信号提供一条旁路,减少外界对该局部的耦合干扰在电子电路中,去耦电容和旁路电容都是起到抗干扰的作用,电容所处的位置不同,称呼就不一样了。 对于同一个电路来说,旁路(bypass)电容是把输入信号中的高频噪声作为滤除对象,把前级携带的高频杂波滤除,而去耦(decoupling,也称退耦)电容是把输出信号的干扰作为滤除对象。 在供电电源和地之间也经常连接去耦电容,它有三个方面的作用:一是作为本集成电路的蓄能电容;二是滤除该器件产生的高频噪声,切断其通过供电回路进行传播的通路;三是防止电源携带的噪声对电路构成干扰。我来总结一下,旁路实际上就是给高频干扰提供一个到地的能量释放途径,不同的容值可以针对不同的频率干扰。所以一般旁路时常用一个大贴片加上一个小贴片并联使用。对于相同容量的电容的Q 值我认为会影响旁路时高频干扰释放路径的阻抗,直接影响旁路的效果,对于旁路来说,希望在旁路作用时,电容的等效阻抗越小越好,这样更利于能量的排泄。 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 数字电路输出信号电平转换过程中会产生很大的冲击电流,在供电线和电源内阻上产生较大的压降,使供电电压产生跳变,产生阻抗噪声(亦称开关噪声),形成干扰源。 一、冲击电流的产生: (1)输出级控制正负逻辑输出的管子短时间同时导通,产生瞬态尖峰电流 (2)受负载电容影响,输出逻辑由“0”转换至“1”时,由于对负载电容的充电而产生瞬态尖峰电流。瞬态尖峰电流可达50ma,动作时间大约几ns 至几十ns。 二、降低冲击电流影响的措施: (1)降低供电电源内阻和供电线阻抗 (2)匹配去耦电容 三、何为去耦电容 在IC(或电路)电源线端和地线端加接的电容称为去耦电容。 四、去耦电容如何取值 去耦电容取值一般为0.01~0.1uf,频率越高,去耦电容值越小。 五、去耦电容的种类 (1)独石 (2)玻璃釉 (3)瓷片 (4)钽 六、去耦电容的放置 去耦电容应放置于电源入口处,连线应尽可能短。 一般来说,容量为uf 级的电容,像电解电容或钽电容,他的电感较大,谐振频率较小,对低频信号通过较好,而对高频信号,表现出较强的电感性,阻抗较大,同时,大电容还可以起到局部电荷池的作用,可以减少局部的干扰通过电源耦合出去;容量为0.001~0.1uf 的电容,一般为陶瓷电容或云母电容,电感小,谐振频率高,对高频信号的阻抗较小,可以为高频干扰信号提供一条旁路,减少外界对该局部的耦合干扰旁路是把前级或电源携带的高频杂波或信号滤除; 去藕是为保正输出端的稳定输出(主要是针对器件的工作)而设的“小水塘”,在其他大电流工作时保证电源的波动范围不会影响该电路的工作; 补充一点就是所谓的藕合:是在前后级间传递信号而不互相影响各级静态工作点的元件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。
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    2014-11-20 18:24
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    何谓正确去耦?有何必要性? 如果电源引脚上存在纹波和/或噪声,大多数IC都会有某种类型的性能下降。数字IC的噪声裕量会降低,时钟抖动则可能增加。对于高性能数字IC,例如微处理器和FPGA,电源 额定容差(例如±5%)包含直流误差、纹波和噪声之和。只要电压保持在容差内,数字器件 便符合规范。 说明模拟IC对电源变化灵敏度的传统参数是电源抑制比(PSRR)。对于放大器,PSRR是输 出电压变化与电源电压变化之比,用比率(PSRR)或dB (PSR)表示。PSRR可折合到输出端 (RTO)或输入端(RTI)。RTI值等于RTO值除以放大器增益。 图1显示典型高性能放大器(AD8099) PSR随频率、以大约6 dB/8倍频程(20 dB/10倍频程)下降的情况。图中显示了采用正负电源两种情况下的曲线图。尽管PSR在直流下是90 dB,但较高频率下会迅速降低,此时电源线路上有越来越多的无用能量会直接耦合至输出。因此必须一开始就要防止此高频能量进入芯片。一般通过组合电解电容(用于低频去耦)、陶瓷 电容(用于高频去耦)来完成,也有可能使用铁氧体磁珠。 数据转换器以及其他模拟和混合信号电路的电源抑制可能在数据手册中都有相关规定。不过,在数据手册的应用部分,经常会针对几乎所有的线性和混合信号IC推荐电源去耦电 路。用户应始终遵循这些建议,以确保器件正常工作。 图1:AD8099高性能运算放大器的电源抑制 与频率的关系 低频噪声需要较大的电解电容,用作瞬态电流的电荷库。将低电感表面贴装陶瓷电容直接连接到IC电源引脚,便可最大程度地抑制高频电源噪声。所有去耦电容必须直接连接到低 电感接地层才有效。此连接需要短走线或过孔,以便将额外串联电感降至最低。 铁氧体磁珠(以镍、锌、锰的氧化物或其他化合物制造的绝缘陶瓷)也可用于在电源滤波器 中去耦。铁氧体在低频下(100 kHz)为感性,因此对低通LC滤波器有用。100 kHz以上,铁 氧体成阻性(高Q)。铁氧体阻抗与材料、工作频率范围、直流偏置电流、匝数、尺寸、形 状和温度成函数关系. 铁氧体磁珠并非始终必要,但可以增强高频噪声隔离和去耦,通常较为有利。这里可能需要验证磁珠永远不会饱和,特别是在运算放大器驱动高输出电流时。当铁氧体饱和时,它就会变为非线性,失去滤波特性。 请注意,某些铁氧体甚至可能在完全饱和前就是非线性。因此,如果需要功率级,以低失真输出工作,当原型在此饱和区域附近工作时,应检查其中的铁氧体。 图2总结了正确去耦的重要方面。 图2:何谓正确去耦? 实际电容及其寄生效应 图3显示了一个非理想电容的模型。电阻RP代表绝缘电阻或泄漏,与标称电容C并联。第二 个电阻RS(等效串联电阻或ESR)与电容串联,代表电容引脚和电容板的电阻。 图3:实际电容等效电路包括寄生元件 电感L(等效串联电感或ESL)代表引脚和电容板的电感。最后,电阻RDA和电容CDA一起构成称为电介质吸收或DA现象的简化模型。在采样保持放大器(SHA)之类精密应用中使用电 容时,DA可造成误差。但在去耦应用中,电容的DA一般不重要。 图4显示了各种100 μF电容的频率响应。理论上,电容阻抗将随着频率增加呈单调下降。实际操作中,ESR使阻抗曲线变得平坦。随着频率不断升高,阻抗由于电容的ESL而开始上 升。“膝部”的位置和宽度将随着电容结构、电介质和等效器件的值而变化。因此常常可以看到较大值电容与较小值电容并联。较小值电容通常具有较低ESL,与较高频率的电容看 似相同。这可以在更宽频率范围内扩展并联组合的总体性能。 图4:各种100μF电容的阻抗 电容自谐振频率就是电容电抗(1/ωC)等于ESL电抗(ωESL)的频率。对这一谐振频率等式求 解得到下式: 等式 1 所有电容将显示大致形状与图示类似的阻抗曲线。虽然实际曲线图有所不同,但大致形状相同。最小阻抗由ESR决定,高频区域由ESL决定(后者很大程度上受封装样式影响)。 去耦电容类型 图5显示适合去耦的各种常见电容类型。电解系列具有宽值范围、高电容体积比和广泛的工作电压,是极佳的高性价比低频滤波器元件。它包括通用铝电解开关类型,提供10 V以 下直至约500 V的工作电压,尺寸为1 μF至数千μF(以及成比例的外形尺寸)。 图5:常见电容类型 所有电解电容均有极性,因此无法耐受约一伏以上的反向偏置电压而不造成损坏。此类器 件具有相对较高的泄漏电流(可能为数十μA),很大程度上取决于特定系列的设计、电气尺 寸、额定电压及施加电压。不过,泄漏电流不可能是基本去耦应用的主要因素。 大多数去耦应用不建议使用“通用”铝电解电容。不过,铝电解电容的一个子集是“开关型”,设计并规定用于在最高达数百kHz的频率下处理高脉冲电流,且仅具有低损耗。此类 电容在高频滤波应用中可直接媲美固态钽电容,且具有更广泛的可用值。 固态钽电解电容一般限于50 V或更低的电压,电容为500 μF或更低。对于给定尺寸,钽电容比铝开关电解电容呈现出更高的电容体积比,且具有更高的频率范围和更低的ESR。一般也比铝电解电容更昂贵,对于浪涌和纹波电流,必须谨慎处理应用。 最近,使用有机或聚合物电解质的高性能铝电解电容也已问世。这些电容系列拥有略低于其他电解类型的ESR和更高的频率范围,另外低温ESR下降也最小。此类器件使用铝聚合 物、特殊聚合物、Poscap和Os-Con等标签。 陶瓷或多层陶瓷(MLCC)具有尺寸紧凑和低损耗特性,通常是数MHz以上的首选电容材料。不过,陶瓷电介质特性相差很大。对于电源去耦应用,一些类型优于其他类型。在 X7R的高K电介质公式中,陶瓷电介质电容的值最高可达数μF。在高达200V的额定电压下推荐Z5U和Y5V。X7R型在直流偏置电压下的电容变化小于Z5U和Y5V型,因此是较佳选择。 NP0(也称为COG)型使用更低的介电常数公式,通常具有零TC和低电压系数(不同于较不 稳定的高K型)。NP0型的可用值限于0.1 μF或更低,0.01 μF是更实用的上限值。 多层陶瓷(MLCC)表面贴装电容的极低电感设计可提供近乎最佳的RF旁路,因此越来越频 繁地用于10MHz或更高频率下的旁路和滤波。更小的陶瓷芯片电容工作频率范围可达1 GHz。对于高频应用中的这些及其他电容,可通过选择自谐振频率高于最高目标频率的电容,确 保有效值。 薄膜型电容一般使用绕线,增加了电感,因此不适合电源去耦应用。此类型更常用于音频应用,此时需要极低电容和电压系数。 局部高频去耦建议 图6显示了高频去耦电容必须尽可能靠近芯片的情况。否则,连接走线的电感将对去耦的 有效性产生不利影响。 图6:高频电源滤波器 需要通过较短的低电感路径(接地层)去耦 左图中,电源引脚和接地连接尽可能短,所以是最有效的配置。然而右图中,PCB走线内的额外电感和电阻将造成去耦方案的有效性降低,且增加封闭环路可能造成干扰问题。 由LC去耦网络构成的谐振电路 许多去耦应用中,电感或铁氧体磁珠与去耦电容串联,如图7所示。电感L与去耦电容C串联后构成谐振或“调谐”电路,主要特性是显示谐振频率下的显著阻抗变化。谐振频率计算公式如下: 图7:由电源线路去耦构成的谐振电路 去耦网络的总体阻抗在谐振频率下可表现出峰化现象。峰化程度取决于调谐电路的相对Q(品质因子)值。谐振电路的Q衡量其对电阻的电抗。计算公式如下: 等式 3 正常走线电感和0.01 μF至0.1 μF的典型去耦电容将在高于数MHz的频率下产生谐振。例如, 0.1 μF和1 nH将在16 MHz下产生谐振。 不过,由100 μF电容和1 μF电感组成的去耦网络在16 kHz下产生谐振。如果不予检查,一旦此频率出现在电源线路上,可带来谐振问题。该效应可通过降低电路Q降至最低。在电源线路内靠近IC的地方插入小电阻(~10 Ω)便可轻松完成,如右例所示。电阻应尽可能压低, 最大程度地减小电阻两端的IR压降。也可用小铁氧体磁珠替代电阻,它在谐振频率下主要 表现为阻性。 使用铁氧体磁珠代替电感可以减少谐振问题,因为铁氧体磁珠在100 kHz以上表现为阻性,所以会降低电路的有效Q值。典型铁氧体磁珠阻抗如图8所示。 图8:铁氧体磁珠阻抗与1μH电感的比较 简单LRC去耦网络的响应可以使用基于SPICE的程序轻松仿真,例如National Instruments MultisimTM,ADI公司版。典型电路模型如图9所示,仿真响应如图10所示。 图9:LC滤波器衰减近似值 图10:使用NI MultisimTM Analog Devices® 版仿真LC网络增益 参考文献: 原创文章,转载请注明:  转载自 吴川斌的博客 http://www.mr-wu.cn/  本文链接地址:  来至大拿Analog公司极好的去耦技术详解 http://www.mr-wu.cn/mt-101-tutorial-decoupling-techniques-analog-devices/
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    2012-4-18 22:33
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    为了保证高频输入和输出,每个集成电路(IC)都必须使用电容将各电源引脚连接到器件上的地,原因有二:防止噪声影响其本身的性能以及防止它传输噪声而影响其它电路的性能。 电力线就像天线一样,可能会拾取其它地方的高频(HF)噪声,然后通过电场、磁场、电磁场和直接传导等方式耦合到系统中。电源端的高频噪声会影响许多电路的性能,因此,必须将IC电源上存在的任何高频噪声短接到地。为实现噪声短接,我们不能使用导体,因为它会造成直流短路,烧毁保险丝,但可以使用电容(通常 为1nF至100nF),它不仅能隔直,而且能实现高频噪声的短路连接。 1cm导线或PCB走线具有大约8nH的电感(5Ω、100MHz时),很难形成短路。用作高频短路的电容必须具有较低的引线和PC走线电感,因此,各电源电容必须非常靠近它去耦的IC的两个引脚。选择内部电感较低的电容也很重要,通常使用陶瓷电容。 许多IC中的电路会在电源端产生高频噪声,这种噪声也必须通过跨接在电源上的电容进行短路,以免破坏系统的其它部分。同样,引线和PCB走线的长度至关重要: 一方面,长引线会充当电感,使短路不够理想;另一方面,长导体会充当天线,通过电场、磁场和电磁场等方式将高频噪声传输到系统的其它部分。 因此,每个IC的每个电源引脚都应通过电感非常低的电容连接到IC的地引脚,地引脚可能有多个,必须利用较宽的低电感PCB走线将所有地引脚接合在一起,使之成为单个低阻抗等电位星型接地点,这一点非常重要。
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    时间: 2019-12-28 21:54
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    上传者: 二不过三
    旁路电容是关注度低、没有什么魅力的元器件,一般来说,在许多专题特写中不把它作为主题,但是,它对于成功、可靠和无差错的设计是关键。来自Intersil公司的作者DavidRitter和TamaraSchmitz参加了关于该主题的进一步对话。本文是对话的第三部分。Dave和Tamara信仰辩论的价值、教育的价值以及谦虚地深入讨论核心问题的价值;简而言之,为了获取知识而展开对一个问题的讨论。作者:DavidRitter,TamaraSchmitz应用工程师Intersil公司继续关于排版的讨论通过一次关于基本知识的对话,让我们深入考察那没有什么魅力但是极其关键的旁路电容和去耦电容。编辑引言:旁路电容是关注度低、没有什么魅力的元器件,一般来说,在许多专题特写中不把它作为主题,但是,它对于成功、可靠和无差错的设计是关键。来自Intersil公司的作者DavidRitter和TamaraSchmitz参加了关于该主题的进一步对话。本文是对话的第三部分。Dave和Tamara信仰辩论的价值、教育的价值以及谦虚地深入讨论核心问题的价值;简而言之,为了获取知识而展开对一个问题的讨论。下面是,第三部分的对话,请“聆听”并学习。(Tamara博士拿着一袋发着沙沙响声的书进入她的办公室,当Dave从旁边走过时她把那袋书扔在了桌子上。)Dave:嗨,Tamara:博士,你往那里扔什么?Tamara:那是我们的读者邮件。Dave:我们收到邮件?你的意思是喜欢“来自新泽西FortLee的RichardFader写道:这就是我听说的关于电容器的一切抱怨吗?”之类的邮件?Tamara:是的,就是那样的信件。Dave:关于电容器以及排版吗?Tamara:当然!这是一封来自Kyle(所有读者的姓名被改变,以保护他们隐私)。在高幅度射频场中,他惯常于把电容器级联起来以旁路他的电路。Dave:正如我们所说的,有时候你需要这么做,但是,许多时间你不需要这么做。Tamara:他也问到了耦合电容。看来他们在耦合电容上遇到的问题不如在旁路电容上遇到的问题大。Dave:是的,我已经注意到了那个问题,但是,一些人担心采用大的耦合电容,因为它太慢。我认为,他们的思路不正确。Tamara:在今后……
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    时间: 2019-12-28 21:55
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    上传者: 微风DS
    旁路电容是关注度低、没有什么魅力的元器件,但是,它对于成功、可靠和无差错的设计是关键。关于旁路电容的深度对话(第二部分)作者:DavidRitter,TamaraSchmitz应用工程师Intersil公司通过一次关于基本知识的对话,让我们深入考察那没有什么魅力但是极其关键的旁路电容和去耦电容。编辑引言:旁路电容是关注度低、没有什么魅力的元器件,一般来说,在许多专题特写中不把它作为主题,但是,它对于成功、可靠和无差错的设计是关键。来自Intersil公司的作者DavidRitter和TamaraSchmitz参加了关于该主题的进一步对话。本文是对话的第二部分。Dave和Tamara信仰辩论的价值、教育的价值以及谦虚地深入讨论核心问题的价值;简而言之,为了获取知识而展开对一个问题的讨论。下面请“聆听”并学习。Tamara:我们上次关于旁路电容的对话很好,但是,我认为这个话题没有结束。我们假设电容的低边有一块完美的接地层可用。然而,在一半的情况下,这并不是有效的假设。David:我听您说,博士。那天一位同事向我展示了他的最新的板子。“我用的是四层板,完整的接地层,”他真诚地说,“没有问题呀。”我没有把握他说的是否正确。Tamara:是的,接地层大有帮助,如果你使用正确的话。David:正如我们所说的,旁路电容应该尽可能近地放在电源的旁边。我们假设读者知道把电容的另一边连接至良好的接地层。Tamara:可是,让我们确切一点说。你说的“良好的接地”或“良好的接地层”是什么意思?David:啊,接地应该是0V。Tamara:然而,它真是真正的零伏吗?David:不,当然不是。总是存在一些阻抗,总是存在一些引起电压降的电流。Tamara……
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    时间: 2019-12-28 21:55
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    上传者: rdg1993
    旁路电容是关注度低、没有什么魅力的元器件,但是,它对于成功、可靠和无差错的设计是关键。关于旁路电容的深度对话(第二部分)作者:DavidRitter,TamaraSchmitz应用工程师Intersil公司通过一次关于基本知识的对话,让我们深入考察那没有什么魅力但是极其关键的旁路电容和去耦电容。编辑引言:旁路电容是关注度低、没有什么魅力的元器件,一般来说,在许多专题特写中不把它作为主题,但是,它对于成功、可靠和无差错的设计是关键。来自Intersil公司的作者DavidRitter和TamaraSchmitz参加了关于该主题的进一步对话。本文是对话的第二部分。Dave和Tamara信仰辩论的价值、教育的价值以及谦虚地深入讨论核心问题的价值;简而言之,为了获取知识而展开对一个问题的讨论。下面请“聆听”并学习。Tamara:我们上次关于旁路电容的对话很好,但是,我认为这个话题没有结束。我们假设电容的低边有一块完美的接地层可用。然而,在一半的情况下,这并不是有效的假设。David:我听您说,博士。那天一位同事向我展示了他的最新的板子。“我用的是四层板,完整的接地层,”他真诚地说,“没有问题呀。”我没有把握他说的是否正确。Tamara:是的,接地层大有帮助,如果你使用正确的话。David:正如我们所说的,旁路电容应该尽可能近地放在电源的旁边。我们假设读者知道把电容的另一边连接至良好的接地层。Tamara:可是,让我们确切一点说。你说的“良好的接地”或“良好的接地层”是什么意思?David:啊,接地应该是0V。Tamara:然而,它真是真正的零伏吗?David:不,当然不是。总是存在一些阻抗,总是存在一些引起电压降的电流。Tamara……
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    时间: 2019-12-28 21:56
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    上传者: 2iot
    相当有意义的一份旁路电容的说明,详细的介绍了旁路电容的模型,以及简要的举例!关于旁路电容的深度对话(第一部分)通过一次关于基本知识的对话,让我们深入考察那没有什么魅力但是极其关键的旁路电容和去耦电容。编辑引言:旁路电容是关注度低、没有什么魅力的元器件,一般来说,在许多专题特写中不把它作为主题,但是,它对于成功、可靠和无差错的设计是关键。来自Intersil公司的作者DavidRitter和TamaraSchmitz参加了关于该主题的进一步对话。本文是对话的第一部分。Dave和Tamara信仰辩论的价值、教育的价值以及谦虚地深入讨论核心问题的价值;简而言之,为了获取知识而展开对一个问题的讨论。下面请“聆听”并学习。David:有一种观念认为,当我们做旁路设计时,我们对低频成分要采用大电容(微法级),而对高频成分要采用小电容(纳法或皮法级)。Tamara:我赞成,那有什么错吗?David:那听起来很好并且是有意义的,但是,问题在于当我在实验室中验证那个规则时并未得到我们想要的结果!我要向您发出挑战,Tamara博士。Tamara:好啊!我无所畏惧。David:让我们看看,你有一个电压调整器并且它需要电源。电源线具有一些串联阻抗(通常是电感以及电阻),这样对于短路来说,它在瞬间提供的电流就不会出现大变化。它需要有一个局部电容供电,如图1所示。[pic]图1:旁路电容的功能。Tamara:我到目前均赞成你的观点。那就是旁路的定义。Dave,接着说吧。David:例如,有些人可能用0.1μF电容进行旁路。他们也可能用一个1000pF的电容紧挨着它以处理更高的频率。如果我们已经采用了一个0.1μF的电容,那么,紧挨着它加一个1000pF电容就没有意义。它会增加1%……
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