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關于去耦電容蓄能作用的理解

来源:http://www.ntweilai.com 更新:2013-11-02 09:48

(1)去耦電容主要是去除高頻如RF信号的幹擾,幹擾的進入方式是通過電磁輻射。而實際上,芯片附近的電容還有蓄能的作用,这是第二位的。你可以把總電源看作水庫,我們大樓内的家家戶戶都需要供水,这時候,水不是直接来自于水庫,那樣距離太遠了,等水過来,我們已经渴的不行了。實際水是来自于大樓頂上的水塔,水塔其實是一個buffer的作用。如果微觀来看,高頻器件在工作的時候,其電流是不連續的,而且頻率很高,而器件VCC到總電源有一段距離,即便距離不長,在頻率很高的情況下,阻抗Z=i*wL+R,線路的電感影響也會非常大,會導致器件在需要電流的時候,不能被及時供給。而去耦電容可以彌補此不足。这也是为什麼很多電路闆在高頻器件VCC管腳處放置小電容的原因之一(在Vcc引腳上通常并聯一個去耦電容,这樣交流分量就從这個電容接地。

(2)有源器件在開關時産生的高頻開關噪聲将沿着電源線傳播。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,以減少開關噪聲在闆上的傳播和将噪聲引導到地。

3.旁路電容和去耦電容的區别

去耦:去除在器件切換時從高頻器件進入到配電网絡中的RF能量。去耦電容還可以为器件提供局部化的DC電壓源,它在減少跨闆浪湧電流方面特别有用。

旁路:從元件或電纜中轉移出不想要的共模RF能量。这主要是通過産生AC旁路消除無意的能量進入敏感的部分,另外還可以提供基帶濾波功能(帶寬受限)。

我們经常可以看到,在電源和地之間連接着去耦電容,它有三個方面的作用:一是作为本集成電路的蓄能電容;二是濾除該器件産生的高頻噪聲,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幹擾。

在電子電路中,去耦電容和旁路電容都是起到抗幹擾的作用,電容所處的位置不同,稱呼就不一樣了。對于同一個電路来說,旁路(bypass)電容是把輸入信号中的高頻噪聲作为濾除對象,把前級攜帶的高頻雜波濾除,而去耦(decoupling)電容也稱退耦電容,是把輸出信号的幹擾作为濾除對象。

從電路来說,總是存在驅动的源和被驅动的負載。如果負載電容比較大,驅动電路要把電容充電、放電,才能完成信号的跳變,在上升沿比較陡峭的時候,電流比較大,这樣驅动的電流就會吸收很大的電源電流,由于電路中的電感,電阻(特别是芯片管腳上的電感,會産生反彈),这種電流相對于正常情況来說實際上就是一種噪聲,會影響前級的正常工作,这就是耦合。

去耦電容就是起到一個電池的作用,滿足驅动電路電流的變化,避免相互間的耦合幹擾。

旁路電容實際也是去耦合的,隻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洩防途徑。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,以及驅动電流的變化大小来确定。

去耦和旁路都可以看作濾波。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、作用時間的大小来計算。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来的,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。这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来的,这種卷起来的結構在高頻時表現为電感。要使用钽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。