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去耦電容的作用和原理

2017年11月12日 11:07 網絡整理 作者: 用戶評論(0

  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。

  電容退耦原理

  采用電容退耦是解決電源噪聲問題的主要方法。這種方法對提高瞬態電流的響應速度,降 低電源分配系統的阻抗都非常有效。

  對于電容退耦,很多資料中都有涉及,但是闡述的角度不同。有些是從局部電荷存儲(即 儲能)的角度來說明,有些是從電源分配系統的阻抗的角度來說明,還有些資料的說明更 為混亂,一會提儲能,一會提阻抗,因此很多人在看資料的時候感到有些迷惑。其實,這兩種提法,本質上是相同的,只不過看待問題的視角不同而已。

  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。

  去耦電容的作用和原理

  退耦原理: (去耦即退耦)

  高手和前輩們總是告訴我們這樣的經驗法則:“在電路板的電源接入端放置一個1~10μF的電容,濾除低頻噪聲;在電路板上每個器件的電源與地線之間放置一個0.01~0.1μF的電容,濾除高頻噪聲。”在書店里能夠得到的大多數的高速PCB設計、高速數字電路設計的經典教程中也不厭其煩的引用該首選法則(老外俗稱Rule of Thumb)。

  在直流電源回路中,負載的變化會引起電源噪聲。例如在數字電路中,當電路從一個狀態轉換為另一種狀態時,就會在電源線上產生一個很大的尖峰電流,形成瞬變的噪聲電壓。配置去耦電容可以抑制因負載變化而產生的噪聲,是印制電路板的可靠性設計的一種常規做法。去耦電容主要是去除高頻如RF信號的干擾,干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,這是第二位的。你可以把總電源看作密云水庫,我們大樓內的家家戶戶都需要供水,這時候,水不是直接來自于水庫,那樣距離太遠了,等水過來,我們已經渴的不行了。

  實際水是來自于大樓頂上的水塔,水塔其實是一個buffer的作用。如果微觀來看,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。這也是為什么很多電路板在高頻器件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藕電容,這樣交流分量就從這個電容接地。)

  去耦電容的作用和原理

  配置原則如下:

  電源輸入端跨接一個10~100uF的電解電容器,如果印制電路板的位置允許,采用100uF以上的電解電容器的抗干擾效果會好。

  為每個集成電路芯片配置一個0.01uF的陶瓷電容器。如遇到印制電路板空間小而裝不下時,可每4~10個芯片配置一個1~10uF鉭電解電容器,這種器件的高頻阻抗特別小,在500kHz~20MHz范圍內阻抗小于1Ω,而且漏電流很小(0.5uA以下)。

  對于噪聲能力弱、關斷時電流變化大的器件和ROMRAM等存儲型器件,應在芯片的電源線(Vcc)和地線(GND)間直接接入去耦電容。

  去耦電容的引線不能過長,特別是高頻旁路電容不能帶引線。

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( 發表人:李倩 )

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