/ K+ e% Q6 e" r+ s说到电容,各种各样的叫法就会让人头晕目眩,旁路电容,去耦电容,滤波电容等等,其 实无论如何称呼,它的原理都是一样的,即利用对交流信号呈现低阻抗的特性,这一点可 以通过电容的等效阻抗公式看出来:Xcap=1/2лfC,工作频率越高,电容值越大则电容的 阻抗越小.。在电路中,如果电容起的主要作用是给交流信号提供低阻抗的通路,就称为旁 路电容;如果主要是为了增加电源和地的交流耦合,减少交流信号对电源的影响,就可以 称为去耦电容;如果用于滤波电路中,那么又可以称为滤波电容;除此以外,对于直流电 压,电容器还可作为电路储能,利用冲放电起到电池的作用。而实际情况中,往往电容的 作用是多方面的,我们大可不必花太多的心思考虑如何定义。本文里,我们统一把这些应 用于高速PCB设计中的电容都称为旁路电容.
0 q) j) f1 A1 i! i4 }# ]电容的本质是通交流,隔直流,理论上说电源滤波用电容越大越好。 但由于引线和PCB布线原因,实际上电容是电感和电容的并联电路, (还有电容本身的电阻,有时也不可忽略)
$ j4 e1 _9 U5 H+ R; }! x9 `6 T这就引入了谐振频率的概念:ω=1/(LC)1/26 T; Y# `0 {# G" a% i% O
在谐振频率以下电容呈容性,谐振频率以上电容呈感性。% a: M. S5 u& z/ v1 A4 z
因而一般大电容滤低频波,小电容滤高频波。
; o# k h O/ L7 O$ [这也能解释为什么同样容值的STM封装的电容滤波频率比DIP封装更高。 至于到底用多大的电容,这是一个参考
8 M) p! Q* @. `4 P7 z电容谐振频率
& O8 `, z; P# s电容值 DIP (MHz) STM (MHz)
0 b* ^2 s' E; @8 Q) j1.0μF 2.5 5
! G7 Z- t/ B2 r& V2 }! [1 l0.1μF 8 16& `9 Y D& @9 ^0 s3 w' F2 x
0.01μF 25 50
# ^8 p2 J2 y, @( i; S% M! U1000pF 80 1603 a) X8 Q" ^' [" J* X# a
100 pF 250 500) x. M0 C% c9 F; k0 @
10 pF 800 1.6(GHz)* {; q. k w- F% z" Z
不过仅仅是参考而已,用老工程师的话说——主要靠经验。" ~; D( Y% y( e0 q- ?" y
更可靠的做法是将一大一小两个电容并联,, N* ?9 w Y- C; s1 B9 S% g
一般要求相差两个数量级以上,以获得更大的滤波频段。
- I, _; Z" p+ g3 _/ e ]一般来讲,大电容滤除低频波,小电容滤除高频波。电容值和你要滤除频率的平方成反比0 C3 b, a2 ]2 O' f" f; I9 h2 N+ m) j
。
& \9 V: t8 C3 x5 r1 x+ g具体电容的选择可以用公式C=4Pi*Pi /(R * f * f )6 X! h+ F8 T* s
电源滤波电容如何选取,掌握其精髓与方法,其实也不难。' S* k/ t7 q- Z. q
1)理论上理想的电容其阻抗随频率的增加而减少(1/jwc),但由于电容两端引脚的电感效应 ,这时电容应该看成是一个LC串连谐振电路,自谐振频率即器件的FSR参数,这表示频率大于 FSR值时,电容变成了一个电感,如果电容对地滤波,当频率超出FSR后,对干扰的抑制就大打 折扣,所以需要一个较小的电容并联对地,可以想想为什么?
$ ]) y4 J; O7 r原因在于小电容,SFR值大,对高频信号提供了一个对地通路,所以在电源滤波电路中我们常 常这样理解:大电容虑低频,小电容虑高频,根本的原因在于SFR(自谐振频率)值不同,当然也 可以想想为什么?如果从这个角度想,也就可以理解为什么电源滤波中电容对地脚为什么要 尽可能靠近地了.
, N# g) Y% d" o/ a+ ^2)那么在实际的设计中,我们常常会有疑问,我怎么知道电容的SFR是多少?就算我知道SFR值, m1 \- M/ A0 S" f2 ^2 ^
,我如何选取不同SFR值的电容值呢?是选取一个电容还是两个电容?, o. z9 D; Q9 K8 ]2 J
电容的SFR值和电容值有关,和电容的引脚电感有关,所以相同容值的0402,0603,或直插式电 容的SFR值也不会相同,当然获取SFR值的途径有两个,1)器件Data sheet,如22pf0402电容的 SFR值在2G左右, 2)通过网络分析仪直接量测其自谐振频率,想想如何量测?S21? 知道了电容的SFR值后,用软件仿真,如RFsim99,选一个或两个电路在于你所供电电路的工作 频带是否有足够的噪声抑制比.仿真完后,那就是实际电路试验,如调试手机接收灵敏度时, LNA的电源滤波是关键,好的电源滤波往往可以改善几个dB. |