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關于電容的旁路與去偶大總結

發布時間:2015-10-26 責任編輯:susan

【導讀】有源器件在開關時產生的高頻開關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局部的直流電源給有源器件,以減少開關噪聲在板上的傳播和將噪聲引導到地上。
 
1.耦合,有聯系的意思。
2.耦合元件,尤其是指使輸入輸出產生聯系的元件。
3.去耦合元件,指消除信號聯系的元件。
4.去耦合電容簡稱去耦電容。
5.例如,晶體管放大器發射極有一個自給偏壓電阻,它同時又使信號產生壓降反饋到輸入端形成了輸入輸出信號耦合,這個電阻就是產生了耦合的元件,如果在這個電阻兩端并聯一個電容,由于適當容量的電容器對交流信號較小的阻抗(這需要計算)這樣就減小了電阻產生的耦合效應,故稱此電容為去耦電容。
 
從電路來說,總是存在驅動的源和被驅動的負載。如果負載電容比較大,驅動電路要把電容充電、放電,才能完成信號的跳變,在上升沿比較陡峭的時候,電流比較大,這樣驅動的電流就會吸收很大的電源電流,由于電路中的電感,電阻(特別是芯片管腳上的電感,會產生反彈),這種電流相對于正常情況來說實際上就是一種噪聲,會影響前級的正常工作。這就是耦合。
 
去藕電容就是起到一個電池的作用,滿足驅動電路電流的變化,避免相互間的耦合干擾。
 
旁路電容實際也是去藕合的,只是旁路電容一般是指高頻旁路,也就是給高頻的開關噪聲提高一條低阻抗泄防途徑。高頻旁路電容一般比較小,根據諧振頻率一般是0.1u,0.01u等,而去耦合電容一般比較大,是10u或者更大,依據電路中分布參數,以及驅動電流的變化大小來確定。
 
去耦和旁路都可以看作濾波。正如ppxp所說,去耦電容相當于電池,避免由于電流的突變而使電壓下降,相當于濾紋波。具體容值可以根據電流的大小、期望的紋波大小、作用時間的大小來計算。去耦電容一般都很大,對更高頻率的噪聲,基本無效。旁路電容就是針對高頻來的,也就是利用了電容的頻率阻抗特性。電容一般都可以看成一個RLC串聯模型。在某個頻率,會發生諧振,此時電容的阻抗就等于其ESR。如果看電容的頻率阻抗曲線圖,就會發現一般都是一個V形的曲線。具體曲線與電容的介質有關,所以選擇旁路電容還要考慮電容的介質,一個比較保險的方法就是多并幾個電容。
 
去耦電容在集成電路電源和地之間的有兩個作用: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。數字電路中典型的去耦電容值是0.1μF。這個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,對于10MHz以下的噪聲有較好的去耦效果,對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的,這種卷起來的結構在高頻時表現為電感。要使用鉭電容或聚碳酸酯電容。去耦電容的選用并不嚴格,可按C=1/F,即10MHz取0.1μF,100MHz取0.01μF。
 
一般來說,容量為uf級的電容,象電解電容或鉭電容,他的電感較大,諧振頻率較小,對低頻信號通過較好,而對高頻信號,表現出較強的電感性,阻抗較大,同時,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,對高頻信號的阻抗較小,可以為高頻干擾信號提供一條旁路,減少外界對該局部的耦合干擾
 
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。
 
對于同一個電路來說,旁路(bypass)電容是把輸入信號中的高頻噪聲作為濾除對象,把前級攜帶的高頻雜波濾除,而去耦(decoupling,也稱退耦)電容是把輸出信號的干擾作為濾除對象。
 
在供電電源和地之間也經常連接去耦電容,它有三個方面的作用:一是作為本集成電路的蓄能電容;二是濾除該器件產生的高頻噪聲,切斷其通過供電回路進行傳播的通路;三是防止電源攜帶的噪聲對電路構成干擾。
 
我來總結一下,旁路實際上就是給高頻干擾提供一個到地的能量釋放途徑,不同的容值可以針對不同的頻率干擾。所以一般旁路時常用一個大貼片加上一個小貼片并聯使用。對于相同容量的電容的Q值我認為會影響旁路時高頻干擾釋放路徑的阻抗,直接影響旁路的效果,對于旁路來說,希望在旁路作用時,電容的等效阻抗越小越好,這樣更利于能量的排泄。
 
這個比較好,應該算應用及的
 
數字電路輸出信號電平轉換過程中會產生很大的沖擊電流,在供電線
 
和電源內阻上產生較大的壓降,使供電電壓產生跳變,產生阻抗噪聲(亦
 
稱開關噪聲),形成干擾源。
 
一.沖擊電流的產生:
 
(1)輸出級控制正負邏輯輸出的管子短時間同時導通,產生瞬態尖峰電流
 
(2)受負載電容影響,輸出邏輯由“0”轉換至“1”時,由于對負載電容的充
 
電而產生瞬態尖峰電流。
 
瞬態尖峰電流可達50ma,動作時間大約幾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)獨石 (2)玻璃釉 (3)瓷片 (4)鉭
 
六.去耦電容的放置
 
去耦電容應放置于電源入口處,連線應盡可能短。
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