【導讀】在設計普通電路時,工程師們通常關注的是電容的容值、耐壓值、封裝大小、工作溫度范圍、溫漂等參數(shù)。但是在高速電路上或電源系統(tǒng)中及一些對電容要求很高的時鐘電路中,電容已經(jīng)不僅僅是電容,是一個由等效電容、等效電阻和等效電感組成的一個電路,簡單的結構如圖所示。
在設計普通電路時,工程師們通常關注的是電容的容值、耐壓值、封裝大小、工作溫度范圍、溫漂等參數(shù)。但是在高速電路上或電源系統(tǒng)中及一些對電容要求很高的時鐘電路中,電容已經(jīng)不僅僅是電容,是一個由等效電容、等效電阻和等效電感組成的一個電路,簡單的結構如圖所示。
電容在高速電路中的等效電路
圖中,C為所需電容,ESR為等效串聯(lián)電阻,ESL為等效串聯(lián)電感,CP為等效并聯(lián)電容。
既然這是一個電路,那么就不再是一顆獨立電容那么簡單了。這個等效電路性能受很多因素的影響,在選擇這類電容時,不僅僅要關注前面提到的那些參數(shù),還要關注在特定頻率下的等效參數(shù),以Murata的1μF的電容為例,在諧振頻率點時,對應的等效電容為602.625nF,等效電阻為11.5356mΩ,等效電感為471.621pH。理想電容和實際電容就呈現(xiàn)出不一樣的性能。如圖所示是理想電容和實際電容的阻抗曲線。
理想電容和實際電容的阻抗曲線
在工程實踐中,很多工程師看到參考板設計或其他工程師設計的板子中有很多電容,覺得自己的產(chǎn)品按照他們的設計照搬就不一定不會出問題。其實這也不是如此,因為產(chǎn)品應用不同、結構也有可能不同,這就可能使得產(chǎn)品設計的PCB層疊不一樣、通流平面也不一樣,而這些都是會引起電源系統(tǒng)的不一致。
在電源系統(tǒng)設計中,通常都會有很多類型的電容存在,如一個電源系統(tǒng)中會有100μF、47μF、22μF、10μF、1μF、0.1μF等類型的電容,這么多類型的電容是否可以統(tǒng)一為某一種類型的電容呢?如圖所示,以電容的阻抗曲線為例,進行說明。
增加相同電容值的電路阻抗曲線圖
增加不同電容值的電路阻抗曲線圖
通過上面兩張圖對比可以看到,如果都使用相同類型的電容,雖然阻抗更低,但是去耦頻率范圍幾乎沒變化;如果使用不同種類的電容,則可以增大去耦頻率范圍。
在電源系統(tǒng)中并不是電容越多越好,在某些系統(tǒng)中如果電容多了反而會導致新的噪聲點出現(xiàn)。
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