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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.; f; R6 _- o' Z( S; y* m
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）- N! ]6 M2 x a; ^/ M
这就引入了谐振频率的概念：ω=1/(LC)1/2
( ?8 E; ^3 V- O% v3 u在谐振频率以下电容呈容性，谐振频率以上电容呈感性。
, v# x2 I5 v3 \- n- h因而一般大电容滤低频波，小电容滤高频波。0 O" g. p9 N0 g' `8 R# ^
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* y4 D; B) `' n' E$ O
电容谐振频率
$ M, a. y* s+ V电容值 DIP (MHz) STM (MHz)
& S, x- t# T) q# t8 }' q; i5 g1.0μF 2.5 5+ h# L1 p7 {* R/ O. }* d7 g
0.1μF 8 16
6 f7 a: L* x$ W) L4 Z6 N5 f1 O& V- x0.01μF 25 50. d8 y9 C3 v. b1 I# w
1000pF 80 1609 t/ `) p/ |, d2 k/ O8 c5 }2 T- z( Y* @
100 pF 250 5007 |, V+ X! Y. ^7 Y* M
10 pF 800 1.6(GHz)
6 v6 ]1 Z9 {, B0 v不过仅仅是参考而已，用老工程师的话说——主要靠经验。
& l' q' v7 W$ [7 ?5 }/ d$ W更可靠的做法是将一大一小两个电容并联，, q. o* D1 u( @: x3 J8 z
一般要求相差两个数量级以上，以获得更大的滤波频段。6 c5 t* O, d9 X7 w
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- T( B. s) ~1 @# x, t
。
2 g- ^9 E- C, j: {2 d$ t; I具体电容的选择可以用公式C=4Pi*Pi /(R * f * f )
0 \0 U4 @: Q- j! `电源滤波电容如何选取，掌握其精髓与方法，其实也不难。4 t8 h) ~0 H/ ^3 F( l m! {' h! L
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?7 k+ l; |- Q' c# U
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.
) Y' m1 \/ U/ A9 w& C8 F! ~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* P! r5 Q5 [4 }! Y9 _
,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?
1 o* p% S, j7 M0 t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. |
发表于 2007-11-19 12:42:20
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发表于 2007-11-19 12:45:16
