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资深工程师技能笔记:高速数字体系的滤波电容

我们在电源滤波电路上可以看到各种各样的电容,100uF,10uF,100nF,10nF不同的容值,那么这些参数是如何确定的?不要告诉我是抄别人原理图的,呵呵。数字电路要运行稳定可靠,电源一定要”干净“

  咱们在电源滤波电路上能够看到各式各样的电容,100uF,10uF,100nF,10nF不同的容值,那么这些参数是怎样确认的?不要告诉我是抄他人原理图的,呵呵。

  数字电路要运转安稳牢靠,电源必定要”洁净“,而且能量弥补必定要及时,也便是滤波去耦必定要好。什么是滤波去耦,简略的说便是在芯片不需求电流的时分存储能量,在你需求电流的时分我又能及时的弥补能量。不要跟我说这个责任不是DCDC、LDO的吗,对,在低频的时分它们能够搞定,但高速的数字体系就不相同了。

  先来看看电容电容的效果简略的说便是存储电荷。咱们都知道在电源中要加电容滤波,在每个芯片的电源脚放置一个0.1uF的电容去耦。等等,怎样我看到要些板子芯片的电源脚周围的电容是0.1uF的或许0.01uF的,有什么考究吗。要搞懂这个道道就要了解电容的实践特性。抱负的电容它仅仅一个电荷的存储器,即C。而实践制作出来的电容却不是那么简略,剖析电源完整性的时分咱们常用的电容模型如下图所示。

  图中ESR是电容的串联等效电阻,ESL是电容的串联等效电感,C才是真实的抱负电容。ESR和ESL是由电容的制作工艺和资料决议的,无法消除。那这两个东西对电路有什么影响。ESR影响电源的纹波,ESL影响电容的滤波频率特性。

  咱们知道电容的容抗Zc=1/ωC,电感的感抗Zl=ωL,( ω=2πf),实践电容的复阻抗为Z=ESR+jωL-1/jωC= ESR+j2πf L-1/j2πf C。可见当频率很低的时分是电容起效果,而频率高到必定的时分电感的效果就不行忽视了,再高的时分电感就起主导效果了。电容就失掉滤波的效果了。所以记住,高频的时分电容就不是单纯的电容了。实践电容的滤波曲线如下图所示。

  上面说了电容的等效串联电感是电容的制作工艺和资料决议的,实践的贴片陶瓷电容的ESL从零点几nH到几个nH,封装越小ESL就越小。

  从上面电容的滤波曲线上咱们还看出并不是平整的,它像一个’V’,也便是说有选频特性,在时分咱们期望它是越平越好(前级的板级滤波),而有时分期望它越越尖越好(滤波或陷波)。影响这个特性的是电容的质量要素Q, Q=1/ωCESR,ESR越大,Q就越小,曲线就越平整,反之ESR越小,Q就越大,曲线就越尖。一般钽电容和铝电解有比较小的ESL,而ESR大,所以钽电容和铝电解具有很宽的有用频率规模,十分合适前级的板级滤波。也便是在DCDC或许LDO的输入级常常用较大容量的钽电容来滤波。而在接近芯片的当地放一些10uF和0.1uF的电容往来不断耦,陶瓷电容有很低的ESR。

  说了那么多,那究竟咱们在接近芯片的管脚处放置0.1uF仍是0.01uF,下面列出来给我们参阅。

  所以,今后不要见到什么都放0.1uF的电容,有些高速体系中这些0.1uF的%&&&&&%根本就起不了效果。

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