中心議題:

• 設計人員在選擇旁路電容的方法

解決方案:

• 三大類電容通常用作電壓輸入和輸出旁路電容
• 分析為LDO電路選擇電容的方法

設計人員在選擇旁路電容
，以及電容用於濾波器、積分器
、時序電路和實際電容值非常重要的其他應用時，都必須考慮這些因素。若選擇不當，則可能導致電路不穩定
、噪聲和功耗過大
、產品生命周期縮短，以及產生不可預測的電路行為。

電容技術

電容具有各種尺寸、額定電壓和其他特性，能夠滿足不同應用的具體要求。常用電介質材料包括油、紙、玻璃、空氣、雲母、聚合物薄膜和金屬氧化物。每種電介質均具有特定屬性，決定其是否適合特定的應用。

在電壓調節器中，以下三大類電容通常用作電壓輸入和輸出旁路電容：多層陶瓷電容、固態鉭電解電容和鋁電解電容。

多層陶瓷電容

多層陶瓷電容(MLCC)不僅尺寸小，而且將低ESR、低ESL和he寬kuan工gong作zuo溫wen度du範fan圍wei特te性xing融rong於yu一yi體ti，可ke以yi說shuo是shi旁pang路lu電dian容rong的de首shou選xuan。不bu過guo

，這zhe類lei電dian容rong也ye並bing非fei完wan美mei無wu缺que。根gen據ju電dian介jie質zhi材cai料liao不bu同tong，電dian容rong值zhi會hui隨sui著zhe溫wen度du、zhiliupianzhihejiaoliuxinhaodianyadongtaibianhua。lingwai

，dianjiezhicailiaodeyadiantexingkejiangzhendonghuojixiechongjizhuanhuanweijiaoliuzaoshengdianya。daduoshuqingkuangxia，cileizaoshengwangwangyiweifuji，danzaijiduanqingkuangxia，jixielikeyichanshenghaofujizaosheng。

電壓控製振蕩器(VCO)、鎖相環(PLL)
、RF功率放大器(PA)和其他模擬電路都對供電軌上的噪聲非常敏感。在VCO和PLL中
，此類噪聲表現為相位噪聲；在RF PA中

，表現為幅度調製；而在超聲、CT掃(sao)描(miao)以(yi)及(ji)處(chu)理(li)低(di)電(dian)平(ping)模(mo)擬(ni)信(xin)號(hao)的(de)其(qi)他(ta)應(ying)用(yong)中(zhong)，則(ze)表(biao)現(xian)為(wei)顯(xian)示(shi)偽(wei)像(xiang)。盡(jin)管(guan)陶(tao)瓷(ci)電(dian)容(rong)存(cun)在(zai)上(shang)述(shu)缺(que)陷(xian)，但(dan)由(you)於(yu)尺(chi)寸(cun)小(xiao)且(qie)成(cheng)本(ben)低(di)，因(yin)此(ci)幾(ji)乎(hu)在(zai)每(mei)種(zhong)電(dian)子(zi)器(qi)件(jian)中(zhong)都(dou)會(hui)用(yong)到(dao)。不(bu)過(guo)
，當(dang)調(tiao)節(jie)器(qi)用(yong)在(zai)噪(zao)聲(sheng)敏(min)感(gan)的(de)應(ying)用(yong)中(zhong)時(shi)
，設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)必(bi)須(xu)仔(zai)細(xi)評(ping)估(gu)這(zhe)些(xie)副(fu)作(zuo)用(yong)。

固態鉭電解電容

與陶瓷電容相比
，固態鉭電容對溫度
、偏pian置zhi和he振zhen動dong效xiao應ying的de敏min感gan度du相xiang對dui較jiao低di。新xin興xing一yi種zhong固gu態tai鉭tan電dian容rong采cai用yong導dao電dian聚ju合he物wu電dian解jie質zhi，而er非fei常chang見jian的de二er氧yang化hua錳meng電dian解jie質zhi
，其qi浪lang湧yong電dian流liu能neng力li有you所suo提ti高gao，而er且qie無wu須xu電dian流liu限xian製zhi電dian阻zu。此ci項xiang技ji術shu的de另ling一yi好hao處chu是shiESR更低。固態鉭電容的電容值可以相對於溫度和偏置電壓保持穩定
，因此選擇標準僅包括容差、工作溫度範圍內的降壓情況以及最大ESR。

導電聚合物鉭電容具有低ESRtexing，chengbengaoyutaocidianrongerqietijiyelveda，danduiyubunengrenshouyadianxiaoyingzaoshengdeyingyongeryankenengshiweiyixuanze。buguo，tandianrongdeloudianliuyaoyuanyuandayudengzhitaocidianrong
，yincibushiheyixiedidianliuyingyong。

固態聚合物電解質技術的缺點是此類鉭電容對無鉛焊接過程中的高溫更為敏感，因此製造商通常會規定電容在焊接時不得超過3個焊接周期。組裝過程中若忽視此項要求
，則可能導致長期穩定性問題。
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鋁電解電容

傳統的鋁電解電容往往體積較大
、ESR和ESL較高、漏電流相對較高且使用壽命有限（以數千小時計）。而OS-CON電容則采用有機半導體電解質和鋁箔陰極，以實現較低的ESR。這類電容雖然與固態聚合物鉭電容相關
，但實際上要比鉭電容早10年或更久。由於不存在液態電解質逐漸變幹的問題，OS-CON型電容的使用壽命要比傳統的鋁電解電容長。大多數電容的工作溫度上限為105℃
，但現在OS-CON型電容可以在最高125℃的溫度範圍內工作。

雖然OS-CON型電容的性能要優於傳統的鋁電解電容

，但是與陶瓷電容或固態聚合物鉭電容相比，往往體積更大且ESR更高。與固態聚合物鉭電容一樣
，這類電容不受壓電效應影響，因此適合低噪聲應用。

為LDO電路選擇電容

1 輸出電容

低壓差調節器(LDO)可以與節省空間的小型陶瓷電容配合使用，但前提是這些電容具有低等效串聯電阻(ESR)
；輸出電容的ESR會影響LDO控製環路的穩定性。為確保穩定性，建議采用至少1μF且ESR最大為1Ω的電容。

輸(shu)出(chu)電(dian)容(rong)還(hai)會(hui)影(ying)響(xiang)調(tiao)節(jie)器(qi)對(dui)負(fu)載(zai)電(dian)流(liu)變(bian)化(hua)的(de)響(xiang)應(ying)。控(kong)製(zhi)環(huan)路(lu)的(de)大(da)信(xin)號(hao)帶(dai)寬(kuan)有(you)限(xian)，因(yin)此(ci)輸(shu)出(chu)電(dian)容(rong)必(bi)須(xu)提(ti)供(gong)快(kuai)速(su)瞬(shun)變(bian)所(suo)需(xu)的(de)大(da)多(duo)數(shu)負(fu)載(zai)電(dian)流(liu)。當(dang)負(fu)載(zai)電(dian)流(liu)以(yi)500mA/μs的速率從1mA變為200mA時
，1μF電容無法提供足夠的電流，因而產生大約80mV的負載瞬態
，如圖1所示。當電容增加到10μF時，負載瞬態會降至約70mV，如圖2所示。當輸出電容再次增加並達到20μF時，調節器控製環路可進行跟蹤，主動降低負載瞬態，如圖3所示。這些示例都采用線性調節器ADP151，其輸入和輸出電壓分別為5V和3.3V。
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2 輸入旁路電容

在VIN和GND之間連接一個1μF電容可以降低電路對PCB布局的敏感性
，特別是在長輸入走線或高信號源阻抗的情況下。如果輸出端上要求使用1μF以上的電容，則應增加輸入電容，使之與輸出電容匹配。

3 輸入和輸出電容特性

shuruheshuchudianrongbixumanzuyuqigongzuowenduhegongzuodianyaxiadezuixiaodianrongyaoqiu。taocidianrongkecaiyonggezhonggeyangdedianjiezhizhizao，wenduhedianyabutong，qitexingyebuxiangtong。duiyu5V應用
，建議采用電壓額定值為6.3～10V的X5R或X7R電介質。Y5V和Z5U電介質的溫度和直流偏置特性不佳，因此不適合與LDO一起使用。

圖4所示為采用0402封裝的1μF、10V X5R電dian容rong與yu偏pian置zhi電dian壓ya之zhi間jian的de關guan係xi。電dian容rong的de封feng裝zhuang尺chi寸cun和he電dian壓ya額e定ding值zhi對dui其qi電dian壓ya穩wen定ding性xing影ying響xiang極ji大da。一yi般ban而er言yan，封feng裝zhuang尺chi寸cun越yue大da或huo電dian壓ya額e定ding值zhi越yue高gao
，電dian壓ya穩wen定ding性xing也ye就jiu越yue好hao。X5R電介質的溫度變化率在-40～+85℃溫度範圍內為±15%，與封裝或電壓額定值沒有函數關係。

要確定溫度
、元件容差和電壓範圍內的最差情況下電容，可用溫度變化率和容差來調整標稱電容，見公式1。

CEFF=CBIAS×(1-TVAR)×(1-TOL) (1)

其中，CBIAS是工作電壓下的標稱電容
；TVAR是溫度範圍內最差情況下的電容變化率（百分率）；TOL是最差情況下的元件容差（百分率）。

本例中，X5R電介質在–40～+85℃範圍內的TVAR為15%；TOL為10%
；CBIAS在1.8 V時為0.94μF，如圖4所示。將這些值代入公式1，即可得出：

CEFF=0.94μF×(1-0.15)×(1-0.1)=0.719μF

在工作電壓和溫度範圍內，ADP151的最小輸出旁路電容額定值為0.70μF
，因而此電容符合該項要求。

總結：
通過本文，我們認識到在電壓調節器中，以三大類電容通常用作電壓輸入和輸出旁路電容：多層陶瓷電容、固(gu)態(tai)鉭(tan)電(dian)解(jie)電(dian)容(rong)和(he)鋁(lv)電(dian)解(jie)電(dian)容(rong)。本(ben)文(wen)也(ye)著(zhe)重(zhong)從(cong)這(zhe)些(xie)方(fang)麵(mian)去(qu)闡(chan)述(shu)和(he)分(fen)析(xi)這(zhe)三(san)大(da)類(lei)電(dian)容(rong)的(de)特(te)點(dian)和(he)應(ying)用(yong)。為(wei)讀(du)者(zhe)對(dui)旁(pang)路(lu)電(dian)容(rong)有(you)更(geng)加(jia)深(shen)入(ru)的(de)了(le)解(jie)
，以(yi)及(ji)為(wei)學(xue)有(you)餘(yu)力(li)的(de)的(de)工(gong)程(cheng)師(shi)去(qu)深(shen)入(ru)研(yan)究(jiu)。