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TI專家分析:電容系數(shù)會影響哪些地方?

發(fā)布時間:2014-09-25 來源:Bonnie Baker 責任編輯:sherryyu

【導讀】工程師都知道電容很容易影響到電路的各種特點,所以在任何電路選擇電容器時都需要注意失真問題。而如果電容器在信號路徑中,就會出現(xiàn)這類失真。這里TI的Bonnie Baker專家?guī)Ыo電子元件技術(shù)網(wǎng)的朋友們福利,詳細剖析電容系數(shù)會影響哪些地方?
 
任何電路選擇電容器時都需要注意失真問題。如果電容器在信號路徑中,就會出現(xiàn)這類失真。圖1是2個在信號路徑中包含電容器的典型電路。
 
圖1a是Sallen-Key帶通濾波器的第一級。在該電路中,兩個重要電容器出現(xiàn)在通過濾波器的信號路徑中。圖1b是一個使用R/C對驅(qū)動SAR-ADC的放大器。電容器CF在輸入信號到達ADC之前完全接觸到了該輸入信號。
.六階帶通濾波器的第一級(a)以及使用R/C對驅(qū)動ADC的放大器(b)。
圖1.六階帶通濾波器的第一級(a)以及使用R/C對驅(qū)動ADC的放大器(b)。
 
該失真出現(xiàn)的原因是標準電容器的電壓與特性相關(guān)。換句話說,電容隨所應用的電壓及頻率而變化。
 
下面是描述在一段電壓曲線上電容變化的等式:
 
C=C0(1+bVCAP),
 
其中
 
C0是標稱電容
 
VCAP是整個電容的電壓
 
b是電容器的電壓系數(shù)
 
圖2是整個電容器相關(guān)該效應的典型曲線。
電容器電壓系數(shù)
圖2.電容器電壓系數(shù)
 
電容器輸入或輸出電荷通過相鄰阻抗,可產(chǎn)生一個壓降錯誤。由于電容器的充電電流與電壓相關(guān),因此會產(chǎn)生一個非線性錯誤。對于正弦波來說,該錯誤包含諧波。
 
電容器電壓系數(shù)特性可能在半導體工藝技術(shù)中更為明顯。由于ADC輸入端(圖1b)有一個內(nèi)部輸入R/C,因此這種失真現(xiàn)象也會發(fā)生在轉(zhuǎn)換器的輸入端。
 
此外,整個電容器的輸入信號頻率也會影響轉(zhuǎn)換精確度。電容值會引起失真,失真會隨頻率改變。(圖3)。
電容器THD+N與頻率的比較
圖3.電容器THD+N與頻率的比較
 
該圖是幾項電容器技術(shù)特性及其總諧波失真+噪聲(SINAD)與頻率性能的比較。圖中最底下的曲線是使用C08電容器獲得的。C0G電容器數(shù)據(jù)上面的曲線是系統(tǒng)測量值。圖中的其它曲線來自具有不同電介質(zhì)(Z5U、Y5V和X7R)的陶瓷電容器。請注意,這些類型的電容器會隨頻率變化產(chǎn)生明顯的非線性及信號失真。
 
圖中沒有顯示NPO類陶瓷電容器。NPO類電容器與C0G性能非常匹配。關(guān)鍵是要為C1和C2(圖1a)以及CF(圖1b)選擇正確的電容器類型。你會發(fā)現(xiàn)較高質(zhì)量的外部電容器(CF)不會降低ADC的AC性能標準。較小內(nèi)部ADC電容器(CSH)的較大電壓系數(shù)比不上較大外部電容器的較低電壓系數(shù)。
 
信號失真的形式有很多種,但如果遇到此類問題,電路信號路徑中的電容器可能是最后才考慮的問題。
 
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