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,也就是給高頻的開關(guān)噪聲提高一條低阻抗泄放途徑。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。
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 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 0.01μF。
分布電容 指由非形態(tài)電容形成的一種分布參數(shù)。一般是指在印制板或其他形態(tài)的電路形式,在線與線之間、印制板的上下層之間形成的電容。這種電容的容量很小,但可能對(duì)電路形成一定的影響。在對(duì)印制板進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)一定要充分考慮這種影響,尤其是在工作頻率很高的時(shí)候。也成為寄生電容,制造時(shí)一定會(huì)產(chǎn)生,只是大小的問題。布高速 PCB 時(shí),過孔可以減少板層電容,但會(huì)增加電感。
分布電感 是指在頻率提高時(shí),因?qū)w自感而造成的阻抗增加.
電容器選用及使用注意事項(xiàng):
1,一般在低頻耦合或旁路,電氣特性要求較低時(shí),可選用紙介、滌綸電容器;在高頻高壓電路中,應(yīng)選用云母電容器或瓷介電容器;在電源濾波和退耦電路中,可選用電解電容器。
2,在振蕩電路、延時(shí)電路、音調(diào)電路中,電容器容量應(yīng)盡可能與計(jì)算值一致。在各種濾波及網(wǎng)(選頻網(wǎng)絡(luò)),電容器容量要求精確;在退耦電路、低頻耦合電路中,對(duì)同兩級(jí)精度的要求不太嚴(yán)格。
3,電容器額定電壓應(yīng)高于實(shí)際工作電壓,并要有足夠的余地,一般選用耐壓值為實(shí)際工作電壓兩倍以上的電容器。
4,優(yōu)先選用絕緣電阻高,損耗小的電容器,還要注意使用環(huán)境。
我們知道,一般我們所用的電容最重要的一點(diǎn)就是濾波和旁路,我在設(shè)計(jì)中也正是這么使用的。對(duì)于高頻雜波,一般我的經(jīng)驗(yàn)是不要過大的電容,因?yàn)槲覀€(gè)人認(rèn)為,過大的電容雖然對(duì)于低頻的雜波過濾效果也許比較好,但是對(duì)于高頻的雜波,由于其諧振頻率的下降,使得對(duì)于高頻雜波的過濾效果不很理想。所以電容的選擇不是容量越大越好。
疑問點(diǎn):
1。以上都是我的經(jīng)驗(yàn),沒有理論證實(shí),希望哪位可以在理論在幫忙解釋一下是否正確。或者推薦一個(gè)網(wǎng)頁(yè)或者網(wǎng)站。
2。是不是超過了諧振頻率,其阻抗將大大增加,所以對(duì)高頻的過濾信號(hào),其作用就相對(duì)減小了呢?
3。理想的濾波點(diǎn)是不是在諧振頻率這點(diǎn)上???(沒有搞懂中)
4。以前只知道電容的旁路作用是隔直通交,現(xiàn)在具體于PCB 設(shè)計(jì)中,電容的這一旁路作用具體體現(xiàn)在哪里?
在用電容抑制電磁騷擾時(shí),最容易忽視的問題就是電容引線對(duì)濾波效果的影響。電容器的容抗與頻率成反比,正是利用這一特性,將電容并聯(lián)在信號(hào)線與地線之間起到對(duì)高頻噪聲的旁路作用。然而,在實(shí)際工程中,很多人發(fā)現(xiàn)這種方法并不能起到預(yù)期濾除噪聲的效果,面對(duì)頑固的電磁噪聲束手無(wú)策。出現(xiàn)這種情況的一個(gè)原因是忽略了電容引線對(duì)旁路效果的影響。
實(shí)際電容器的電路模型是由等效電感(ESL)、電容和等效電阻(ESR)構(gòu)成的串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。理想電容的阻抗是隨著頻率的升高降低,而實(shí)際電容的阻抗是圖 1所示的網(wǎng)絡(luò)的阻抗特性,在頻率較低的時(shí)候,呈現(xiàn)電容特性,即阻抗隨頻率的增加而降低,在某一點(diǎn)發(fā)生諧振,在這點(diǎn)電容的阻抗等于等效串聯(lián)電阻 ESR。在諧振點(diǎn)以上,由于 ESL 的作用,電容阻抗隨著頻率的升高而增加,這是電容呈現(xiàn)電感的阻抗特性。在諧振點(diǎn)以上,由于電容的阻抗增加,因此對(duì)高頻噪聲的旁路作用減弱,甚至消失。
電容的諧振頻率由 ESL 和 C 共同決定,電容值或電感值越大,則諧振頻率越低,也就是電容的高頻濾波效果越差。ESL除了與電容器的種類有關(guān)外,電容的引線長(zhǎng)度是一個(gè)十分重要的參數(shù),引線越長(zhǎng),則電感越大,電容的諧振頻率越低。因此在實(shí)際工程中,要使電容器的引線盡量短。 根據(jù) LC 電路串聯(lián)諧振的原理,諧振點(diǎn)不僅與電感有關(guān),還與電容值有關(guān),電容越大,諧振點(diǎn)越低。許多人認(rèn)為電容器的容值越大,濾波效果越好,這是一種誤解。電容越大對(duì)低頻干擾的旁路效果雖然好,但是由于電容在較低的頻率發(fā)生了諧振,阻抗開始隨頻率的升高而增加,因此對(duì)高頻噪聲的旁路效果變差。表 1 是不同容量瓷片電容器的自諧振頻率,電容的引線長(zhǎng)度是 1.6mm (你使用的電容的引線有這么短嗎?)。 表 1電容值 自諧振頻率 (MHz) 電容值自諧振頻率(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 盡管從濾除高頻噪聲的角度看,電容的諧振是不希望的,但是電容的諧振并不是總是有害的。當(dāng)要濾除的噪聲頻率確定時(shí),可以通過調(diào)整電容的容量,使諧振點(diǎn)剛好落在騷擾頻率上。
一般來(lái)說(shuō),容量為 uf級(jí)的電容,象電解電容或鉭電容,他的電感較大,諧振頻率較小,對(duì)低頻信號(hào)通過較好,而對(duì)高頻信號(hào),表現(xiàn)出較強(qiáng)的電感性,阻抗較大,同時(shí),大電容還可以起到局部電荷池的作用,可以減少局部的干擾通過電源耦合出去;容量為 0.001~0.1uf 的電容,一般為陶瓷電容或云母電容,電感小,諧振頻率高,對(duì)高頻信號(hào)的阻抗較小,可以為高頻干擾信號(hào)提供一條旁路,減少外界對(duì)該局部的耦合干擾
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,也稱退耦)電容是把輸出信號(hào)的干擾作為濾除對(duì)象。
在供電電源和地之間也經(jīng)常連接去耦電容,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。
旁路實(shí)際上就是給高頻干擾提供一個(gè)到地的能量釋放途徑,不同的容值可以針對(duì)不同的頻率干擾。所以一般旁路時(shí)常用一個(gè)大貼片加上一個(gè)小貼片并聯(lián)使用。對(duì)于相同容量的電容的 Q 值我認(rèn)為會(huì)影響旁路時(shí)高頻干擾釋放路徑的阻抗,直接影響旁路的效果,對(duì)于旁路來(lái)說(shuō),希望在旁路作用時(shí),電容的等效阻抗越小越好,這樣更利于能量的排泄。
數(shù)字電路輸出信號(hào)電平轉(zhuǎn)換過程中會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流,在供電線
和電源內(nèi)阻上產(chǎn)生較大的壓降,使供電電壓產(chǎn)生跳變,產(chǎn)生阻抗噪聲(亦
稱開關(guān)噪聲),形成干擾源。
一、沖擊電流的產(chǎn)生:
(1)輸出級(jí)控制正負(fù)邏輯輸出的管子短時(shí)間同時(shí)導(dǎo)通,產(chǎn)生瞬態(tài)尖峰電流
(2)受負(fù)載電容影響,輸出邏輯由“0”轉(zhuǎn)換至“1”時(shí),由于對(duì)負(fù)載電容的充電而產(chǎn)生瞬態(tài)
尖峰電流。瞬態(tài)尖峰電流可達(dá) 50ma,動(dòng)作時(shí)間大約幾 ns至幾十 ns。
二、降低沖擊電流影響的措施:
(1)降低供電電源內(nèi)阻和供電線阻抗
(2)匹配去耦電容
三、何為去耦電容
在 ic(或電路)電源線端和地線端加接的電容稱為去耦電容。
四、去耦電容如何取值
去耦電容取值一般為 0.01~0.1uf,頻率越高,去耦電容值越小。
五、去耦電容的種類
(1)獨(dú)石 (2)玻璃釉 (3)瓷片 (4)鉭
六、去耦電容的放置
去耦電容應(yīng)放置于電源入口處,連線應(yīng)盡可能短。
一般來(lái)說(shuō),容量為 uf級(jí)的電容,像電解電容或鉭電容,他的電感較大,諧振頻率較小,對(duì)低頻信號(hào)通過較好,而對(duì)高頻信號(hào),表現(xiàn)出較強(qiáng)的電感性,阻抗較大,同時(shí),大電容還可以起到局部電荷池的作用,可以減少局部的干擾通過電源耦合出去;容量為 0.001~0.1uf 的電容,一般為陶瓷電容或云母電容,電感小,諧振頻率高,對(duì)高頻信號(hào)的阻抗較小,可以為高頻干擾信號(hào)提供一條旁路,減少外界對(duì)該局部的耦合干擾
旁路是把前級(jí)或電源攜帶的高頻雜波或信號(hào)濾除;去藕是為保正輸出端的穩(wěn)定輸出(主要是針對(duì)器件的工作)而設(shè)的“小水塘”,在其他大電流工作時(shí)保證電源的波動(dòng)范圍不會(huì)影響該電路的工作;補(bǔ)充一點(diǎn)就是所謂的藕合:是在前后級(jí)間傳遞信號(hào)而不互相影響各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)的元件
有源器件在開關(guān)時(shí)產(chǎn)生的高頻開關(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,以減少開關(guān)噪聲在板上的傳播和將噪聲引導(dǎo)到地。
作為一名新手,經(jīng)常接觸到旁路電容和去耦電容的概念,但卻搞不清楚他們的區(qū)別和作用。
一般設(shè)計(jì)的板子上 IC 的每個(gè)電源管腳附近都會(huì)放置一個(gè)電容作去耦電容,以減小電源阻抗??那么此 IC 的某些高速信號(hào)是否會(huì)把此電容作為高頻電流的旁路電容呢?
請(qǐng)大俠詳細(xì)解釋一下旁路電容和去耦電容。
我認(rèn)為去耦電容和旁路電容沒有本質(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有關(guān)系,只要我們心中了解它們的真正作用就行了
許磊
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