【導(dǎo)讀】在很多高速串行信號(hào)中，都會(huì)使用到AC耦合電容，既然在設(shè)計(jì)高速串行電路時(shí)，任何一個(gè)小小的不同都會(huì)引起信號(hào)完整性問(wèn)題，為什么要在串行鏈路中加入一個(gè)AC耦合電容呢？這個(gè)電容不僅會(huì)導(dǎo)致信號(hào)邊沿變得緩慢，還有可能會(huì)引起阻抗不連續(xù)。
編者注：其實(shí)現(xiàn)在很多工程師在設(shè)計(jì)時(shí)，都是按照總線規(guī)范或者芯片手冊(cè)的推薦值使用。如果都是這樣，本文權(quán)且當(dāng)作大家的拓展閱讀。
在很多高速串行信號(hào)中，都會(huì)使用到AC耦合電容，既然在設(shè)計(jì)高速串行電路時(shí)，任何一個(gè)小小的不同都會(huì)引起信號(hào)完整性問(wèn)題，為什么要在串行鏈路中加入一個(gè)AC耦合電容呢？這個(gè)電容不僅會(huì)導(dǎo)致信號(hào)邊沿變得緩慢，還有可能會(huì)引起阻抗不連續(xù)。
當(dāng)我們連接有不同的供電電壓的兩個(gè)系統(tǒng)時(shí)或者是熱插拔時(shí)，可能就會(huì)需要用到AC耦合電容了，首先我們要了解的是這里我們使用AC電容的目的是為了使兩級(jí)之間更好的通信，既然是串在了兩個(gè)系統(tǒng)之間，那通信的信號(hào)必然是交流的信號(hào)。AC耦合電容還可以提供直流偏壓和過(guò)流的保護(hù)。
在中間加個(gè)AC電容有什么好處呢？
主要就是改善了噪聲容限。我們有時(shí)候可能在選擇電容時(shí)會(huì)選擇小電容，覺得這樣可能會(huì)將直流成分濾的更干凈，但是這樣會(huì)導(dǎo)致信號(hào)變形并且引起基線漂移。如果選擇較大的電容，電容端的電壓穩(wěn)定的時(shí)間需要的比較長(zhǎng)，原來(lái)一個(gè)小小的電容要求有這么多，那我們應(yīng)該如何來(lái)選擇這個(gè)電容呢？首先要看電容的頻率、溫度等特性并且選擇低ESR/ESL的電容。對(duì)于電容值的選擇是要通過(guò)計(jì)算來(lái)選的，如下所示：
這里的F是截止頻率（定義電壓為輸入電壓的0.707倍時(shí)的頻率），R是傳輸線的阻抗，C是AC耦合電容。
當(dāng)然在選擇電容時(shí)，其通帶的最小頻率要比傳輸信號(hào)的最小頻率要小才好，假設(shè)信號(hào)的最小頻率為Fmin，則頻率值為F：
F=Fmin/20
當(dāng)取值為F時(shí)，99.88%的信號(hào)均會(huì)通過(guò)。
前面介紹了，雖然AC耦合電容有其好處，也會(huì)導(dǎo)致邊沿變緩慢，放置AC耦合電容時(shí)，會(huì)引起阻抗的變化，就存在一個(gè)阻抗不連續(xù)點(diǎn)。同時(shí)，也會(huì)引入碼型相關(guān)抖動(dòng)，即當(dāng)電路傳輸?shù)男盘?hào)中出現(xiàn)連續(xù)的“1”或“0”時(shí)，會(huì)出現(xiàn)下圖所示的直流電平壓降，這就會(huì)影響眼高。
如何才能減小這個(gè)直流壓降降低呢？
這和RC時(shí)間常數(shù)有關(guān)，RC值越大(充電時(shí)間越長(zhǎng)，單位時(shí)間電容充電少，分壓小)，能通過(guò)的直流分量就越多直流壓降越小。由于鏈路中等效電阻是相對(duì)固定的，只能調(diào)節(jié)耦合電容值了。如下圖所示電容值越大，壓降越小。
曲線說(shuō)明：紫色的電容值最大，紅色的電容值次之，粉色的電容值最小。
那我們就把電容無(wú)限加大吧！
答案是：No，不行！因?yàn)?，?shí)際安裝后的電容不是理想電容，除了ESR,ESL，還有安裝電感，所以就存在一個(gè)串聯(lián)諧振頻率。電容在串聯(lián)諧振頻率之前呈容性，之后呈感性。如下圖所示：
電容值越大，諧振頻率越小，電容在較低頻率就會(huì)呈現(xiàn)感性，這樣會(huì)造成信號(hào)高頻分量衰減增大，同樣會(huì)使眼高減小，上升沿變緩，jitter增加。
所以選擇AC耦合電容時(shí)要綜合以上兩點(diǎn)考量，一般業(yè)界都推薦0.01uF~0.2uF，最常見的就是0.1uF的電容。對(duì)于電容封裝的選擇不建議使用大于0603的封裝，最好是0402的，或者更小。
（作者：蔣修國(guó)）
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