去耦電容是電路中裝設(shè)在元件的電源端的電容,此電容可以提供較穩(wěn)定的電源,同時(shí)也可以降低元件耦合到電源端的噪聲,間接可以減少其他元件受此元件噪聲的影響。在電子電路中,去耦電容和旁路電容都是起到抗干擾的作用,電容所處的位置不同,稱呼就不一樣了。對(duì)于同一個(gè)電路來(lái)說(shuō),旁路(bypass)電容是把輸入信號(hào)中的高頻噪聲作為濾除對(duì)象,把前級(jí)攜帶的高頻雜波濾除,而去耦(decoupling)電容也稱退耦電容,是把輸出信號(hào)的干擾作為濾除對(duì)象。去耦電容用在放大電路中不需要交流的地方,用來(lái)消除自激,使放大器穩(wěn)定工作。
去耦電容主要是去除高頻如RF信號(hào)的干擾,干擾的進(jìn)入方式是通過(guò)電磁輻射。而實(shí)際上,芯片附近的電容還有蓄能的作用,這是第二位的。你可以把總電源看作密云水庫(kù),我們大樓內(nèi)的家家戶戶都需要供水,這時(shí)候,水不是直接來(lái)自于水庫(kù),那樣距離太遠(yuǎn)了,等水過(guò)來(lái),我們已經(jīng)渴的不行了。
實(shí)際水是來(lái)自于大樓頂上的水塔,水塔其實(shí)是一個(gè)buffer的作用。如果微觀來(lái)看,高頻器件在工作的時(shí)候,其電流是不連續(xù)的,而且頻率很高,而器件VCC到總電源有一段距離,即便距離不長(zhǎng),在頻率很高的情況下,阻抗Z=i*wL+R,線路的電感影響也會(huì)非常大,會(huì)導(dǎo)致器件在需要電流的時(shí)候,不能被及時(shí)供給。
而去耦電容可以彌補(bǔ)此不足。這也是為什么很多電路板在高頻器件VCC管腳處放置小電容的原因之一(在vcc引腳上通常并聯(lián)一個(gè)去藕電容,這樣交流分量就從這個(gè)電容接地。)
有源器件在開(kāi)關(guān)時(shí)產(chǎn)生的高頻開(kāi)關(guān)噪聲將沿著電源線傳播。去耦電容的主要功能就是提供
一 個(gè)局部的直流電源給有源器件,以減少開(kāi)關(guān)噪聲在板上的傳播和將噪聲引導(dǎo)到地
去耦電容在集成電路電源和地之間的有兩個(gè)作用:一方面是本集成電路的蓄能電容,另一方面旁路掉該器件的高頻噪聲。數(shù)字電路中典型的去耦電容值是0.1μF。這個(gè)電容的分布電感的典型值是5nH。0.1μF的去耦電容有5nH的分布電感,它的并行共振頻率大約在7MHz左右,計(jì)算方法為ω=根號(hào)下(1/LC) 也就是說(shuō),對(duì)于10MHz以下的噪聲有較好的去耦效果,對(duì)40MHz以上的噪聲幾乎不起作用。1μF、10μF的電容,并行共振頻率在2MHz以上,去除高頻噪聲的效果要好一些。每10片左右集成電路要加一片充放電電容,或1個(gè)蓄能電容,可選10μF左右。最好不用電解電容,電解電容是兩層薄膜卷起來(lái)的,這種卷起來(lái)的結(jié)構(gòu)在高頻時(shí)表現(xiàn)為電感。要使用鉭電容或聚碳酸酯電容。去耦電容的選用并不嚴(yán)格,可按C=1/F,即10MHz取0.1μF,100MHz取0.01μF。
在電子電路中,去耦電容和旁路電容都是起到抗干擾的作用,電容所處的位置不同,稱呼就不一樣了。對(duì)于同一個(gè)電路來(lái)說(shuō),旁路(bypass)電容是把輸入信號(hào)中的高頻噪聲作為濾除對(duì)象,把前級(jí)攜帶的高頻雜波濾除,而去耦(decoupling)電容也稱退耦電容,是把輸出信號(hào)的干擾作為濾除對(duì)象。去耦電容用在放大電路中不需要交流的地方,用來(lái)消除自激,使放大器穩(wěn)定工作。從電路來(lái)說(shuō),總是存在驅(qū)動(dòng)的源和被驅(qū)動(dòng)的負(fù)載。如果負(fù)載電容比較大,驅(qū)動(dòng)電路要把電容充電、放電,才能完成信號(hào)的跳變,在上升沿比較陡峭的時(shí)候,電流比較大,這樣驅(qū)動(dòng)的電流就會(huì)吸收很大的電源電流,由于電路中的電感,電阻(特別是芯片管腳上的電感,會(huì)產(chǎn)生反彈),這種電流相對(duì)于正常情況來(lái)說(shuō)實(shí)際上就是一種噪聲,會(huì)影響前級(jí)的正常工作。這就是耦合。
去耦電容就是起到一個(gè)電池的作用,滿足驅(qū)動(dòng)電路電流的變化,避免相互間的耦合干擾。
去耦和旁路都可以看作濾波。去耦電容相當(dāng)于電池,避免由于電流的突變而使電壓下降,相當(dāng)于濾紋波。具體容值可以根據(jù)電流的大小、期望的紋波大小、作用時(shí)間的大小來(lái)計(jì)算。去耦電容一般都很大,對(duì)更高頻率的噪聲,基本無(wú)效。旁路電容就是針對(duì)高頻來(lái)的,也就是利用了電容的頻率阻抗特性。電容一般都可以看成一個(gè)RLC串聯(lián)模型。在某個(gè)頻率,會(huì)發(fā)生諧振,此時(shí)電容的阻抗就等于其ESR。如果看電容的頻率阻抗曲線圖,就會(huì)發(fā)現(xiàn)一般都是一個(gè)V形的曲線。具體曲線與電容的介質(zhì)有關(guān),所以選擇旁路電容還要考慮電容的介質(zhì),一個(gè)比較保險(xiǎn)的方法就是多并幾個(gè)電容。
耦合和去耦有什么區(qū)別,耦合電容和去耦電容的作用分別是什么,在電路中如何放置,有什么原則?
藕合電容的做用是將前級(jí)的交流信號(hào)輸送到下一級(jí)!藕合電容的位置是跨接在前級(jí)的輸出和后級(jí)的輸入兩端!退藕電容的做用是將放大器級(jí)間竄藕的無(wú)益交流信號(hào)短路入地!退藕電容的位置是在某輸入級(jí)的對(duì)地間!
在通常使用的家用電器中,電容器主要有三個(gè)作用:1 在需要直流電源的電路中,對(duì)交流電源整流后用電容器濾波,得到平滑的直流電。如不用這個(gè)電容器,交流電源經(jīng)整流后的脈動(dòng)直流電流不能經(jīng)濾波成為平滑的...
用在單相電機(jī)的電容一般有兩種:一種是我們較常見(jiàn)的啟動(dòng)電容,顧名思義,由于單相電機(jī)形成的磁場(chǎng)不是旋轉(zhuǎn)的,在啟動(dòng)時(shí)就有了電機(jī)轉(zhuǎn)向的不確定性或難以啟動(dòng)。通過(guò)電容的移相作用,使電機(jī)形成旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng),從而電機(jī)順利...
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提出根據(jù)工作頻段的不同分層設(shè)計(jì)去耦電容網(wǎng)絡(luò)的思想,給出電容器去耦原理和計(jì)算方法,分析過(guò)孔和引出線等不同封裝方法對(duì)去耦電容阻抗的影響。利用目標(biāo)阻抗法進(jìn)行10 MHz~1 GHz的頻帶范圍內(nèi)PDN的端口阻抗設(shè)計(jì),運(yùn)用目標(biāo)阻抗值和自諧振點(diǎn)確定去耦電容的種類(lèi)、型號(hào)和數(shù)目。利用Ansoft SIwave工具對(duì)所設(shè)計(jì)的去耦電容網(wǎng)絡(luò)去耦效果進(jìn)行仿真模擬。仿真結(jié)果表明:電源地平面在高頻下需要的電容阻抗很小,高頻段的電容阻抗比低頻段電容阻抗低一個(gè)數(shù)量級(jí),但需要的去耦電容數(shù)目多達(dá)上百個(gè)。
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一、電容的主要參數(shù): 1、 電壓 1) 額定電壓:兩端可以持續(xù)施加的電壓,一般為直流電壓,通常用 VDC。而專用于 交流電的則為交流有效值電壓,通常為 VAC。 電容器的交直流額定電壓換算關(guān)系 直流額定電壓 VR/VDC 50 63 100 250 400 630 1000 交流額定電壓 VR/VAC 30 40 63 160 200 220 250 2) 浪涌電壓:電解電容特有的電壓參數(shù),是短時(shí)間可以承受的過(guò)電壓,為額定電壓的 1.15 倍。 3) 瞬時(shí)過(guò)電壓:是鋁電解電容特有電壓參數(shù),為可以瞬時(shí)承受的過(guò)電壓,這個(gè)浪涌電 壓約為額定電壓的 1.3 倍,是鋁電解電容的擊穿電壓。 4) 介電強(qiáng)度:電容額定電壓低于電容中介質(zhì)的擊穿電壓。一般為額定電壓的 1.5~2.5 倍。如:鋁電解電容的擊穿電壓約為額定電壓的 1.3 倍;其它介質(zhì)則通常為 1.75~2 倍以上。 5) 試驗(yàn)電壓:薄膜電容
去耦電容和旁路電容沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別,電源系統(tǒng)的電容本來(lái)就有多種用途,從為去除電源的耦合噪聲干擾的角度看,我們可以把電容稱為去耦電容(Decoupling),如果從為高頻信號(hào)提供交流回路的角度考慮,我們可以稱為旁路電容(By-pass).而濾波電容則更多的出現(xiàn)在濾波器的電路設(shè)計(jì)里.電源管腳附近的電容主要是為了提供瞬間電流,保證電源/地的穩(wěn)定,當(dāng)然,對(duì)于高速信號(hào)來(lái)說(shuō),也有可能把它作為低阻抗回路,比如對(duì)于CMOS電路結(jié)構(gòu),在0->1的跳變信號(hào)傳播時(shí),回流主要從電源管腳流回,如果信號(hào)是以地平面作為參考層的話,在電源管腳的附近需要經(jīng)過(guò)這個(gè)電容流入電源管腳.所以對(duì)于PDS(電源分布系統(tǒng))的電容來(lái)說(shuō),稱為去耦和旁路都沒(méi)有關(guān)系,只要我們心中了解它們的真正作用就行了。
此外,在精密的儀器電路中,為了提高電路工作的穩(wěn)定性,常常將電容的旁路和濾波作用結(jié)合起來(lái),并聯(lián)電容來(lái)提高耦合濾波的效果 。
去耦:去除在器件切換時(shí)從高頻器件進(jìn)入到配電網(wǎng)絡(luò)中的RF能量。去耦電容還可以為器件供局部化的DC電壓源,它在減少跨板浪涌電流方面特別有用。
旁路:從元件或電纜中轉(zhuǎn)移出不想要的共模RF能量。這主要是通過(guò)產(chǎn)生AC旁路消除無(wú)意的能量進(jìn)入敏感的部分,另外還可以提供基帶濾波功能(帶寬受限)。
我們經(jīng)??梢钥吹?,在電源和地之間連接著去耦電容,它有三個(gè)方面的作用:一是作為本集成電路的蓄能電容;
二是濾除該器件產(chǎn)生的高頻噪聲,切斷其通過(guò)供電回路進(jìn)行傳播的通路;
三是防止電源攜帶的噪聲對(duì)電路構(gòu)成干擾。
在電子電路中,去耦電容和旁路電容都是起到抗干擾的作用,電容所處的位置不同,稱呼就不一樣了。對(duì)于同一個(gè)電路來(lái)說(shuō),旁路(bypass)電容是把輸入信號(hào)中的高頻噪聲作為濾除對(duì)象,把前級(jí)攜帶的高頻雜波濾除,而去耦(decoupling)電容也稱退耦電容,是把輸出信號(hào)的干擾作為濾除對(duì)象。
在直流電源回路中,負(fù)載的變化會(huì)引起電源噪聲。例如在數(shù)字電路中,當(dāng)電路從一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種狀態(tài)時(shí),就會(huì)在電源線上產(chǎn)生一個(gè)很大的尖峰電流,形成瞬變的噪聲電壓。配置去耦電容可以抑制因負(fù)載變化而產(chǎn)生的噪聲,是印制電路板的可靠性設(shè)計(jì)的一種常規(guī)做法,配置原則如下:
●電源輸入端跨接一個(gè)10~100uF的電解電容器,如果印制電路板的位置允許,采用100uF以上的電解電容器的抗干擾效果會(huì)更好。
●為每個(gè)集成電路芯片配置一個(gè)0.01uF的陶瓷電容器。如遇到印制電路板空間小而裝不下時(shí),可每4~10個(gè)芯片配置一個(gè)1~10uF鉭電解電容器,這種器件的高頻阻抗特別小,在500kHz~20MHz范圍內(nèi)阻抗小于1Ω,而且漏電流很?。?.5uA以下)。
●對(duì)于噪聲能力弱、關(guān)斷時(shí)電流變化大的器件和ROM、RAM等存儲(chǔ)型器件,應(yīng)在芯片的電源線(Vcc)和地線(GND)間直接接入去耦電容。
●去耦電容的引線不能過(guò)長(zhǎng),特別是高頻旁路電容不能帶引線。
說(shuō)到電容,各種各樣的叫法就會(huì)讓人頭暈?zāi)垦?,旁路電容,去耦電容,濾波電容等等,其實(shí)無(wú)論如何稱呼,它的原理都是一樣的,即利用對(duì)交流信號(hào)呈現(xiàn)低阻抗的特性,這一點(diǎn)可以通過(guò)電容的等效阻抗公式看出來(lái):Xcap=1/2лfC,工作頻率越高,電容值越大則電容的阻抗越小.。在電路中,如果電容起的主要作用是給交流信號(hào)提供低阻抗的通路,就稱為旁路電容;如果主要是為了增加電源和地的交流耦合,減少交流信號(hào)對(duì)電源的影響,就可以稱為去耦電容;如果用于濾波電路中,那么又可以稱為濾波電容;除此以外,對(duì)于直流電壓,電容器還可作為電路儲(chǔ)能,利用沖放電起到電池的作用。而實(shí)際情況中,往往電容的作用是多方面的,我們大可不必花太多的心思考慮如何定義。本文里,我們統(tǒng)一把這些應(yīng)用于高速PCB設(shè)計(jì)中的電容都稱為旁路電容。
一般濾波是用兩個(gè)電容并聯(lián),一個(gè)大,一個(gè)小。如0.1UF 100PF 并聯(lián)。
這樣大的可以濾除低頻,而且還可以蓄容,是電壓紋波降低而小的電容濾除高頻。起旁路作用。因?yàn)殡娙莸奶匦允峭ǜ哳l,阻低頻。這樣組合比較好。一般在高頻地方,都接一個(gè)小電容,起旁路作用。
電容的本質(zhì)是通交流,隔直流,理論上說(shuō)電源濾波用電容越大越好。但由于引線和PCB布線原因,實(shí)際上電容是電感和電容的并聯(lián)電路,(還有電容本身的電阻,有時(shí)也不可忽略)
這就引入了諧振頻率的概念:ω=1/(LC)1/2
在諧振頻率以下電容呈容性,諧振頻率以上電容呈感性。
因而一般大電容濾低頻波,小電容濾高頻波。
這也能解釋為什么同樣容值的STM封裝的電容濾波頻率比DIP封裝更高。
至于到底用多大的電容,這是一個(gè)參考,電容諧振頻率
電容值 DIP (MHz) STM (MHz)
1.0μF 2.5 5
0.1μF 8 16
0.01μF 25 50
1000pF 80 160
100 pF 250 500
10 pF 800 1.6(GHz)
不過(guò)僅僅是參考而已,用老工程師的話說(shuō)——主要靠經(jīng)驗(yàn)。
更可靠的做法是將一大一小兩個(gè)電容并聯(lián),一般要求相差兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上,以獲得更大的濾波頻段。
旁路電容
旁路電容的主要功能是產(chǎn)生一個(gè)交流分路,從而消去進(jìn)入易感區(qū)的那些不需要的能量。旁路電容一般作為高頻旁路器件來(lái)減小對(duì)電源模塊的瞬態(tài)電流需求。通常鋁電解電容和鉭電容比較適合作旁路電容,其電容值取決于PCB板上的瞬態(tài)電流需求,一般在10至470μF范圍內(nèi)。若PCB板上有許多集成電路、高速開(kāi)關(guān)電路和具有長(zhǎng)引線的電源,則應(yīng)選擇大容量的電容。"
去耦電容
有源器件在開(kāi)關(guān)時(shí)產(chǎn)生的高頻開(kāi)關(guān)噪聲將沿著電源線傳播。去耦電容的主要功能就是提供一個(gè)局部的直流電源給有源器件,以減少開(kāi)關(guān)噪聲在板上的傳播和將噪聲引導(dǎo)到地。實(shí)際上,旁路電容和去耦電容都應(yīng)該盡可能放在靠近電源輸入處以幫助濾除高頻噪聲。去耦電容的取值大約是旁路電容的1/100 到1/1000。為了得到更好的EMC特性,去耦電容還應(yīng)盡可能地靠近每個(gè)集成塊(IC),因?yàn)椴季€阻抗將減小去耦電容的效力。陶瓷電容常被用來(lái)去耦,其值決定于最快信號(hào)的上升時(shí)間和下降時(shí)間。例如,對(duì)一個(gè) 33MHz的時(shí)鐘信號(hào),可使用4.7nF到100nF的電容;對(duì)一個(gè)100MHz時(shí)鐘信號(hào),可使用10nF的電容。選擇去耦電容時(shí),除了考慮電容值外,ESR值也會(huì)影響去耦能力。為了去耦,應(yīng)該選擇ESR值低于1歐姆的電容。
兩者的區(qū)別:
從電路來(lái)說(shuō),總是存在驅(qū)動(dòng)的源和被驅(qū)動(dòng)的負(fù)載。如果負(fù)載電容比較大,驅(qū)動(dòng)電路要把電容充電、放電,才能完成信號(hào)的跳變,在上升沿比較陡峭的時(shí)候,電流比較大,這樣驅(qū)動(dòng)的電流就會(huì)吸收很大的電源電流,由于電路中的電感,電阻(特別是芯片管腳上的電感,會(huì)產(chǎn)生反彈),這種電流相對(duì)于正常情況來(lái)說(shuō)實(shí)際上就是一種噪聲,會(huì)影響前級(jí)的正常工作。這就是耦合。
去藕電容就是起到一個(gè)電池的作用,滿足驅(qū)動(dòng)電路電流的變化,避免相互間的耦合干擾。
旁路電容實(shí)際也是去藕合的,只是旁路電容一般是指高頻旁路,也就是給高頻的開(kāi)關(guān)噪聲提高一條低阻抗泄防途徑。高頻旁路電容一般比較小,根據(jù)諧振頻率一般是0.1u,0.01u等,而去耦合電容一般比較大,是10u或者更大,依據(jù)電路中分布參數(shù),以及驅(qū)動(dòng)電流的變化大小來(lái)確定。
旁路是把輸入信號(hào)中的干擾作為濾除對(duì)象,而去耦是把輸出信號(hào)的干擾作為濾除對(duì)象,防止干擾信號(hào)返回電源。這應(yīng)該是他們的本質(zhì)區(qū)別。
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旁路電容是把電源或者輸入信號(hào)中的交流分量的干擾作為濾除對(duì)象。
有了旁路電容,將電源5V中的交流分量——波動(dòng)進(jìn)行濾除。將藍(lán)色波形變成粉紅色波形。一般來(lái)說(shuō),靠近電源放置。
去耦電容是芯片的電源管腳,由于自身用電過(guò)程中信號(hào)跳變產(chǎn)生的電源管腳對(duì)外的波形輸出,我們用電容進(jìn)行濾除。
把信號(hào)電源管腳,輸出干擾作為濾除對(duì)象,防止干擾信號(hào)返回電源。
尖峰電流的形成:
數(shù)字電路輸出高電平時(shí)從電源拉出的電流Ioh和低電平輸出時(shí)灌入的電流Iol的大小一般是不同的,即:Iol>Ioh。以下圖的TTL與非門(mén)為例說(shuō)明尖峰電流的形成:
輸出電壓如右圖(a)所示,理論上電源電流的波形如右圖(b),而實(shí)際的電源電流保險(xiǎn)如右圖(c)。由圖(c)可以看出在輸出由低電平轉(zhuǎn)換到高電平時(shí)電源電流有一個(gè)短暫而幅度很大的尖峰。尖峰電源電流的波形隨所用器件的類(lèi)型和輸出端所接的電容負(fù)載而異。
產(chǎn)生尖峰電流的主要原因是:
輸出級(jí)的T3、T4管短設(shè)計(jì)內(nèi)同時(shí)導(dǎo)通。在與非門(mén)由輸出低電平轉(zhuǎn)向高電平的過(guò)程中,輸入電壓的負(fù)跳變?cè)赥2和T3的基極回路內(nèi)產(chǎn)生很大的反向驅(qū)動(dòng)電流,由于T3的飽和深度設(shè)計(jì)得比T2大,反向驅(qū)動(dòng)電流將使T2首先脫離飽和而截止。T2截止后,其集電極電位上升,使T4導(dǎo)通。可是此時(shí)T3還未脫離飽和,因此在極短得設(shè)計(jì)內(nèi)T3和T4將同時(shí)導(dǎo)通,從而產(chǎn)生很大的ic4,使電源電流形成尖峰電流。圖中的R4正是為了限制此尖峰電流而設(shè)計(jì)。
這應(yīng)該是他們的本質(zhì)區(qū)別。去耦電容相當(dāng)于電池,避免由于電流的突變而使電壓下降,相當(dāng)于濾紋波。具體容值可以根據(jù)電流的大小、期望的紋波大小、作用時(shí)間的大小來(lái)計(jì)算。去耦電容一般都很大,對(duì)更高頻率的噪聲,基本無(wú)效。旁路電容就是針對(duì)高頻來(lái)的,也就是利用了電容的頻率阻抗特性。只是旁路電容一般是指高頻旁路,也就是給高頻的開(kāi)關(guān)噪聲提高一條低阻抗泄防途徑。高頻旁路電容一般比較小,根據(jù)諧振頻率一般是0.1u,0.01u等 ,而去耦合電容一般比較大,是10u或者更大,依據(jù)電路中分布參數(shù),以及驅(qū)動(dòng)電流的變化大小來(lái)確定。
旁路電容
旁路電容(bypass)是把輸入信號(hào)中的高頻噪聲作為濾除對(duì)象,把前級(jí)攜帶的高頻雜波濾除。
旁路電容的主要功能是產(chǎn)生一個(gè)交流分路,從而消去進(jìn)入易感區(qū)的那些不需要的能量。旁路電容一般作為高頻旁路器件來(lái)減小對(duì)電源模塊的瞬態(tài)電流需求。 通常鋁電解電容和鉭電 容比較適合作旁路電容,其電容值取決于PCB板上的瞬態(tài)電流需求,一般在10至470μF范圍內(nèi)。
去耦電容
去耦電容(decoupling)也稱退耦電容,是把芯片的電源腳的輸出的干擾作為濾除對(duì)象。去耦電容在集成電路電源和地之間的有兩個(gè)作用:一方面是本集成電路的蓄能電容,另一方面旁路掉該器件的高頻噪聲(電容對(duì)高頻阻抗小,將之瀉至GND)。
數(shù)字電路中,當(dāng)電路從一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種狀態(tài)時(shí),就會(huì)在電源線上產(chǎn)生一個(gè)很大的尖峰電流,形成瞬變的噪聲電壓,會(huì)影響前級(jí)的正常工作。這就是耦合。對(duì)于噪聲能力弱、關(guān)斷時(shí)電流變化大的器件和ROM、RAM等存儲(chǔ)型器件,應(yīng)在芯片的電源線(Vcc)和地線(GND)間直接接入去耦電容。
數(shù)字電路中典型的去耦電容值是0.1μF。這個(gè)電容的分布電感的典型值是5μH。 0.1μF的去耦電容有5μH的分布電感,它的并行共振頻率大約在7MHz左右,也就是說(shuō),對(duì)于10MHz以 下的噪聲有較好的去耦效果,對(duì)40MHz以上的噪聲幾乎不起作用。 1μF、10μF的電容,并行共振頻率在20MHz以上,去除高頻噪聲的效果要好一些。 每10片左右集成電路要加一片充放電電容,或1個(gè)蓄能電容,可選10μF左右。最好不用電解電容,電解電容是兩層薄膜卷起來(lái)的,這種卷起來(lái)的結(jié)構(gòu)在高頻時(shí)表現(xiàn)為電感。要使用 鉭電容或聚碳酸酯電容。去耦電容的選用并不嚴(yán)格,可按C=1/F,即10MHz取0.1μF,100MHz取0.01μ。
案例分析:
采用去耦和不采用去耦的緩沖電路(測(cè)量結(jié)果)
為帶去耦電容器和不帶去耦電容器(C1 和C2)情況下用于驅(qū)動(dòng) R-C 負(fù)載的緩沖電路。我們注意到,在不使用去耦電容器的情況下,電路的輸出信號(hào)包含高頻 (3.8MHz) 振蕩。對(duì)于沒(méi)有去耦電容器的放大器而言,通常會(huì)出現(xiàn)穩(wěn)定性低、瞬態(tài)響應(yīng)差、啟動(dòng)出現(xiàn)故障以及其它多種異常問(wèn)題。
帶去耦合和不帶去耦合情況下的電流
電源線跡的電感將限制暫態(tài)電流。去耦電容與器件非常接近,因此電流路徑的電感很小。在暫態(tài)過(guò)程中,該電容器可在非常短的時(shí)間內(nèi)向器件提供超大量的電流。未采用去耦電容的器件無(wú)法提供暫態(tài)電流,因此放大器的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)會(huì)下垂(通常稱為干擾)。無(wú)去耦電容的器件其內(nèi)部電源干擾會(huì)導(dǎo)致器件工作不連續(xù),原因是內(nèi)部節(jié)點(diǎn)未獲得正確的偏置。
良好與糟糕 PCB 板面布局的對(duì)比
除了使用去耦電容器外,還要在去耦電容器、電源和接地端之間采取較短的低阻抗連接。將良好的去耦合板面布局與糟糕的布局進(jìn)行了對(duì)比。應(yīng)始終嘗試著讓去耦合連接保持較短的距離,同時(shí)避免在去耦合路徑中出現(xiàn)通孔,原因是通孔會(huì)增加電感。大部分產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)都會(huì)給出去耦合電容器的推薦值。如果沒(méi)有給出,則可以使用 0.1uF。
PCB布局時(shí)去耦電容擺放
對(duì)于電容的安裝,首先要提到的就是安裝距離。容值最小的電容,有最高的諧振頻率,去耦半徑最小,因此放在最靠近芯片的位置。容值稍大些的可以距離稍遠(yuǎn),最外層放置容值最大的。但是,所有對(duì)該芯片去耦的電容都盡量靠近芯片。
下面的圖1就是一個(gè)擺放位置的例子。本例中的電容等級(jí)大致遵循10倍等級(jí)關(guān)系。
還有一點(diǎn)要注意,在放置時(shí),最好均勻分布在芯片的四周,對(duì)每一個(gè)容值等級(jí)都要這樣。通常芯片在設(shè)計(jì)的時(shí)候就考慮到了電源和地引腳的排列位置,一般都是均勻分布在芯片的四個(gè)邊上的。因此,電壓擾動(dòng)在芯片的四周都存在,去耦也必須對(duì)整個(gè)芯片所在區(qū)域均勻去耦。如果把上圖中的680pF電容都放在芯片的上部,由于存在去耦半徑問(wèn)題,那么就不能對(duì)芯片下部的電壓擾動(dòng)很好的去耦。
電容的安裝
在安裝電容時(shí),要從焊盤(pán)拉出一小段引出線,然后通過(guò)過(guò)孔和電源平面連接,接地端也是同樣。這樣流經(jīng)電容的電流回路為:電源平面->過(guò)孔->引出線->焊盤(pán)->電容->焊盤(pán)->引出線->過(guò)孔->地平面,圖2直觀的顯示了電流的回流路徑。
第一種方法從焊盤(pán)引出很長(zhǎng)的引出線然后連接過(guò)孔,這會(huì)引入很大的寄生電感,一定要避免這樣做,這是最糟糕的安裝方式。
第二種方法在焊盤(pán)的兩個(gè)端點(diǎn)緊鄰焊盤(pán)打孔,比第一種方法路面積小得多,寄生電感也較小,可以接受。
第三種在焊盤(pán)側(cè)面打孔,進(jìn)一步減小了回路面積,寄生電感比第二種更小,是比較好的方法。
第四種在焊盤(pán)兩側(cè)都打孔,和第三種方法相比,相當(dāng)于電容每一端都是通過(guò)過(guò)孔的并聯(lián)接入電源平面和地平面,比第三種寄生電感更小,只要空間允許,盡量用這種方法。
最后一種方法在焊盤(pán)上直接打孔,寄生電感最小,但是焊接是可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題,是否使用要看加工能力和方式。
推薦使用第三種和第四種方法。
需要強(qiáng)調(diào)一點(diǎn):有些工程師為了節(jié)省空間,有時(shí)讓多個(gè)電容使用公共過(guò)孔,任何情況下都不要這樣做。最好想辦法優(yōu)化電容組合的設(shè)計(jì),減少電容數(shù)量。
由于印制線越寬,電感越小,從焊盤(pán)到過(guò)孔的引出線盡量加寬,如果可能,盡量和焊盤(pán)寬度相同。這樣即使是0402封裝的電容,你也可以使用20mil寬的引出線。引出線和過(guò)孔安裝如圖4所示,注意圖中的各種尺寸。
開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)(第三版)
作者:(美)普利斯曼 著,莫瑞 著
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