EMC設計必讀:去耦電容和旁路電容的深度解讀
發布時間:2014-06-20 責任編輯:xueqi
【導讀】本文詳細解釋了去耦電容和旁路電容的概念和作用,並對其使用進行了分析,對電路板級EMC設計很有幫助。
旁路電容不是理論概念,而是一個經常使用的實用方法,在50 - 60年(nian)代(dai),這(zhe)個(ge)詞(ci)也(ye)就(jiu)有(you)它(ta)特(te)有(you)的(de)含(han)義(yi),現(xian)在(zai)已(yi)不(bu)多(duo)用(yong)。電(dian)子(zi)管(guan)或(huo)者(zhe)晶(jing)體(ti)管(guan)是(shi)需(xu)要(yao)偏(pian)置(zhi)的(de),就(jiu)是(shi)決(jue)定(ding)工(gong)作(zuo)點(dian)的(de)直(zhi)流(liu)供(gong)電(dian)條(tiao)件(jian)。例(li)如(ru)電(dian)子(zi)管(guan)的(de)柵(zha)極(ji)相(xiang)對(dui)於(yu)陰(yin)極(ji)往(wang)往(wang)要(yao)求(qiu) 加(jia)有(you)負(fu)壓(ya),為(wei)了(le)在(zai)一(yi)個(ge)直(zhi)流(liu)電(dian)源(yuan)下(xia)工(gong)作(zuo),就(jiu)在(zai)陰(yin)極(ji)對(dui)地(di)串(chuan)接(jie)一(yi)個(ge)電(dian)阻(zu),利(li)用(yong)板(ban)流(liu)形(xing)成(cheng)陰(yin)極(ji)的(de)對(dui)地(di)正(zheng)電(dian)位(wei),而(er)柵(zha)極(ji)直(zhi)流(liu)接(jie)地(di),這(zhe)種(zhong)偏(pian)置(zhi)技(ji)術(shu)叫(jiao)做(zuo)“自偏”,但是對(交流)信(xin)號(hao)而(er)言(yan),這(zhe)同(tong)時(shi)又(you)是(shi)一(yi)個(ge)負(fu)反(fan)饋(kui),為(wei)了(le)消(xiao)除(chu)這(zhe)個(ge)影(ying)響(xiang),就(jiu)在(zai)這(zhe)個(ge)電(dian)阻(zu)上(shang)並(bing)聯(lian)一(yi)個(ge)足(zu)夠(gou)大(da)的(de)點(dian)容(rong),這(zhe)就(jiu)叫(jiao)旁(pang)路(lu)電(dian)容(rong)。後(hou)來(lai)也(ye)有(you)的(de)資(zi)料(liao)把(ba)它(ta)引(yin)申(shen)使(shi)用(yong)於(yu)類(lei)似(si)情(qing)況(kuang)。
去耦電容在集成電路電源和地之間的有兩個作用:一方麵是本集成電路的蓄能電容,另一方麵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,它的並行共振頻率大約在7MHz左右,也就是說,對於 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,並行共振頻率在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。去耦電容的選用並不嚴格,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,可以減少局部的幹擾通過電源耦合出去;容量為0.001~0.1uf的電容,一般為陶 瓷(ci)電(dian)容(rong)或(huo)雲(yun)母(mu)電(dian)容(rong),電(dian)感(gan)小(xiao),諧(xie)振(zhen)頻(pin)率(lv)高(gao),對(dui)高(gao)頻(pin)信(xin)號(hao)的(de)阻(zu)抗(kang)較(jiao)小(xiao),可(ke)以(yi)為(wei)高(gao)頻(pin)幹(gan)擾(rao)信(xin)號(hao)提(ti)供(gong)一(yi)條(tiao)旁(pang)路(lu),減(jian)少(shao)外(wai)界(jie)對(dui)該(gai)局(ju)部(bu)的(de)耦(ou)合(he)幹(gan)擾(rao)。
旁路是把前級或電源攜帶的高頻雜波或信號濾除;去藕是為保正輸出端的穩定輸出(主要是針對器件的工作)而設的“小水塘”,在其他大電流工作時保證電源的波動範圍不會影響該電路的工作;補充一點就是所謂的藕合:是在前後級間傳遞信號而不互相影響各級靜態工作點的元件。
有源器件在開關時(shi)產(chan)生(sheng)的(de)高(gao)頻(pin)開(kai)關(guan)噪(zao)聲(sheng)將(jiang)沿(yan)著(zhe)電(dian)源(yuan)線(xian)傳(chuan)播(bo)。去(qu)耦(ou)電(dian)容(rong)的(de)主(zhu)要(yao)功(gong)能(neng)就(jiu)是(shi)提(ti)供(gong)一(yi)個(ge)局(ju)部(bu)的(de)直(zhi)流(liu)電(dian)源(yuan)給(gei)有(you)源(yuan)器(qi)件(jian),以(yi)減(jian)少(shao)開(kai)關(guan)噪(zao)聲(sheng)在(zai)板(ban)上(shang)的(de)傳(chuan)播(bo)和(he)將(jiang)噪(zao)聲(sheng)引(yin)導(dao)到(dao)地(di)。
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,由於電路中的電感,電阻(特別是芯片管腳上的電感,會產生反彈),這種電流相對於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。
去耦電容就是起到一個電池的作用,滿足驅動電路電流的變化,避免相互間的耦合幹擾。
旁pang路lu電dian容rong實shi際ji也ye是shi去qu耦ou合he的de,隻zhi是shi旁pang路lu電dian容rong一yi般ban是shi指zhi高gao頻pin旁pang路lu,也ye就jiu是shi給gei高gao頻pin的de開kai關guan噪zao聲sheng提ti高gao一yi條tiao低di阻zu抗kang泄xie防fang途tu徑jing。高gao頻pin旁pang路lu電dian容rong一yi般ban比bi較jiao小xiao,根gen據ju諧xie振zhen頻pin率lv一yi般ban是shi 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。
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