去耦電容

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。

詳情

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

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。

去耦電容造價(jià)信息

市場(chǎng)價(jià) 信息價(jià) 詢價(jià)
材料名稱 規(guī)格/型號(hào) 市場(chǎng)價(jià)
(除稅)
工程建議價(jià)
(除稅)
行情 品牌 單位 稅率 供應(yīng)商 報(bào)價(jià)日期
智能電容 MJDTL-30GB/14 查看價(jià)格 查看價(jià)格

13% 重慶宇軒機(jī)電設(shè)備有限公司
補(bǔ)償器電容 YC-4,熒光燈用,配套支架及燈盤(pán)/4uf補(bǔ) 查看價(jià)格 查看價(jià)格

13% 杭州市江干區(qū)吉易照明電器經(jīng)營(yíng)部
補(bǔ)償器電容 YC-12,熒光燈用,配套支架及燈盤(pán)/12uf 查看價(jià)格 查看價(jià)格

13% 杭州市江干區(qū)吉易照明電器經(jīng)營(yíng)部
自愈式低壓并聯(lián)電容 BSMJK0.4-15-3 查看價(jià)格 查看價(jià)格

天正

13% 廣西玉林市易建商貿(mào)有限公司(玉林市廠商期刊)
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華藝

個(gè) 13% 中山市華藝燈飾照明股份有限公司福建經(jīng)銷(xiāo)商
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個(gè) 13% 海口圓月電磁熒光燈生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)部
12uf補(bǔ)償器電容 YC-12,熒光燈用,配套支架及燈盤(pán) 查看價(jià)格 查看價(jià)格

華藝

個(gè) 13% 中山市華藝燈飾照明股份有限公司福建經(jīng)銷(xiāo)商
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個(gè) 13% ??趫A月電磁熒光燈生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)部
材料名稱 規(guī)格/型號(hào) 除稅
信息價(jià)
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信息價(jià)
行情 品牌 單位 稅率 地區(qū)/時(shí)間
熒光燈電容 4.75mFb 查看價(jià)格 查看價(jià)格

十個(gè) 韶關(guān)市2010年2月信息價(jià)
熒光燈電容 3.7mFb 查看價(jià)格 查看價(jià)格

十個(gè) 韶關(guān)市2009年10月信息價(jià)
熒光燈電容 3.7mFb 查看價(jià)格 查看價(jià)格

十個(gè) 韶關(guān)市2009年6月信息價(jià)
熒光燈電容 4.75mFb 查看價(jià)格 查看價(jià)格

十個(gè) 韶關(guān)市2009年6月信息價(jià)
熒光燈電容 3.7mFb 查看價(jià)格 查看價(jià)格

十個(gè) 韶關(guān)市2009年4月信息價(jià)
熒光燈電容 4.75mFb 查看價(jià)格 查看價(jià)格

十個(gè) 韶關(guān)市2009年2月信息價(jià)
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十個(gè) 韶關(guān)市2008年12月信息價(jià)
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十個(gè) 韶關(guān)市2008年12月信息價(jià)
材料名稱 規(guī)格/需求量 報(bào)價(jià)數(shù) 最新報(bào)價(jià)
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供應(yīng)商 報(bào)價(jià)地區(qū) 最新報(bào)價(jià)時(shí)間
Ф50|1臺(tái) 1 查看價(jià)格 德國(guó)SANDEIMU(薩德姆)二代地暖碳晶硅地暖 全國(guó)   2017-11-14
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電容 電容50uF/440V/105℃|1874臺(tái) 4 查看價(jià)格 成都市海蓉照明燈具有限公司 四川  成都市 2015-09-04
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電容 電容補(bǔ)償柜 PO2|1臺(tái) 3 查看價(jià)格 廣州華御電氣設(shè)備有限公司 廣東  深圳市 2017-06-01
啟動(dòng)電容 30VF啟動(dòng)電容|3396只 2 查看價(jià)格 重慶世邦五交化有限公司 重慶  重慶市 2015-05-13
補(bǔ)償電容 飛牌補(bǔ)償電容CP 12UF|5625支 4 查看價(jià)格 重慶世邦五交化有限公司 重慶  重慶市 2015-11-04
補(bǔ)償電容 飛牌補(bǔ)償電容CP 18UF|9165支 4 查看價(jià)格 重慶世邦五交化有限公司 重慶  重慶市 2015-07-23

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。

去耦電容常見(jiàn)問(wèn)題

  • 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!

  • 電容作用

    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...

  • 什么樣的電機(jī)需要加電容?電容作用?

    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...

去耦電容文獻(xiàn)

PDN電源地平面去耦電容網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì) PDN電源地平面去耦電容網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

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評(píng)分: 4.7

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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電容參數(shù) 電容參數(shù)

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評(píng)分: 4.6

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

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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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