信号完整性

只看该作者 · 2011-9-23 10:22

　　1 引言
　　在当今高速数字电路中，时钟频率越来越高，敏感度越来越高，系统功能模块越来越复杂，电源的种类也越来越多，这就对电路系统的电磁兼容性提出了更高的要求。否则的话，器件的高速切换所带来的高频噪声不仅能影响系统的正常工作，也会产生极大的电磁泄漏。而去耦电容可防止高频噪声进入电源分配系统，同时也能为器件提供稳定的电压。因此本文对电容在高频时引入的等效串联电感和等效串联电阻进行分析，针对电容在高频时的谐振特性，对高速电路中的电容提出了优化配置，具有一定的工程应用价值。
　　2 高频下电容的特性分析
　　2.1 高频电容的等效电路
　　在高频f下，电容已非理想，而是引入了其引脚上的等效串联电感（L）和等效串联电阻（R）。其等效电路图如图1：
　　此时电容的阻抗为：

　　

　　

　　图1 等效电路图

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2.2 高频电容中的阻抗效应及其计算
　　在高频情况下，因电容引入了串联电感和电阻等因素，其充放电的过程也异于理想电容。
　　（1）高频下电容充电过程分析
　　图2为高频下等效电容的连接电路。图3是等效电容两端电压的输出波形。

　　

　　图2 高频等效电容的连接电路图3 等效电容两端电压的输出波形

　　（2）下面对图3的电容的等效串联电感和电阻所带来的影响进行分析和计算：
　　一开始，电压波形出现一个尖峰。这是由高频下电容的等效串联电感所引起的。电感值可从电压波形所给出的信息求出：RS：源端负载;A：波形的尖峰面积;△V：等效电容的开路电压。尖峰过后是一段较为平坦的电压。这是由电容的等效串联电阻所引起的。电阻值也可从波形中直接求出：V0：尖峰后的平坦电压值。

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　电压经过一段平坦开始上升。这是电容开始充电的结果。同样，电容值也可从图中求出： dV/dt：充电速率，即波形的上升沿速率
　　（3）高频下电容的放电过程分析
　　在图2中，在t0时短路电源，使电容开始放电。设电容初始电压为V0，得到高频下电容放电的波形如图4：

　　

　　图4 高频下电容放电波形图

　　从图4中可以看出，电容在放电时产生了电压振荡现象。这是由于高频下电容所产生的串联电感的影响。要减少电压的振荡，必须增大电容电压的衰减速度、减少过冲幅度。在上图中，电容电压的衰减总的来说呈指数形式下降，如图中的虚线所示，大小为V=。电容中产生的过冲的幅值，其中。由以上公式可见，要减少电压的振荡，必须减少电感值，这也证明了高频下电容的串联电感对电容所带来的影响。

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