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数字板,如何选取滤波电容

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koala889|  楼主 | 2021-12-29 13:21 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
AD, AC, ce, dc, CD
我们在电源滤波电路上可以看到各种各样的电容,100uF,10uF,100nF,10nF不同的容值,
那么这些参数是如何确定的?

  数字电路要运行稳定可靠,电源一定要”干净“,并且能量补充一定要及时,也就是滤波去耦一定要好。
什么是滤波去耦,简单的说就是在芯片不需要电流的时候存储能量,在你需要电流的时候我又能及时的补充能量。
不要跟我说这个职责不是DCDC、LDO的吗,对,在低频的时候它们可以搞定,但高速的数字系统就不一样了。
先来看看电容,电容的作用简单的说就是存储电荷。
我们都知道在电源中要加电容滤波,在每个芯片的电源脚放置一个0.1uF的电容去耦。
等等,怎么我看到要些板子芯片的电源脚旁边的电容是0.1uF的或者0.01uF的,有什么讲究吗。
要搞懂这个道道就要了解电容的实际特性。理想的电容它只是一个电荷的存储器,即C。
而实际制造出来的电容却不是那么简单
图中ESR是电容的串联等效电阻,ESL是电容的串联等效电感,C才是真正的理想电容。ESR和ESL是由电容的制造工艺和材料决定的,没法消除。那这两个东西对电路有什么影响。ESR影响电源的纹波,ESL影响电容的滤波频率特性。

我们知道电容的容抗Zc=1/ωC,电感的感抗Zl=ωL,( ω=2πf),实际电容的复阻抗为

Z=ESR+jωL-1/jωC= ESR+j2πf L-1/j2πf C。可见当频率很低的时候是电容起作用,而频率高到一定的时候电感的作用就不可忽视了,再高的时候电感就起主导作用了。电容就失去滤波的作用了。所以记住,高频的时候电容就不是单纯的电容了。实际电容的滤波曲线如下图所示。
上面说了电容的等效串联电感是电容的制造工艺和材料决定的,实际的贴片陶瓷电容的ESL从零点几nH到几个nH,封装越小ESL就越小。

    从上面电容的滤波曲线上我们还看出并不是平坦的,它像一个’V’,也就是说有选频特性,在时候我们希望它是越平越好(前级的板级滤波),而有时候希望它越越尖越好(滤波或陷波)。影响这个特性的是电容的品质因素Q, Q=1/ωCESR,ESR越大,Q就越小,曲线就越平坦,反之ESR越小,Q就越大,曲线就越尖。通常钽电容和铝电解有比较小的ESL,而ESR大,所以钽电容和铝电解具有很宽的有效频率范围,非常适合前级的板级滤波。也就是在DCDC或者LDO的输入级常常用较大容量的钽电容来滤波。而在靠近芯片的地方放一些10uF和0.1uF的电容来去耦,陶瓷电容有很低的ESR。

       说了那么多,那到底我们在靠近芯片的管脚处放置0.1uF还是0.01uF,下面列出来给大家参考。

              频率范围(HZ)                        电容取值

              DC-100K                                    10uF以上的钽电容或铝电解

              100K-10M                                  100nF(0.1uF)陶瓷电容

              10M-100M                                 10nF(0.01uF)陶瓷电容

              >100M                                       1nF(0.001uF)陶瓷电容和PCB的地平面与电源平面的电容

       所以,以后不要见到什么都放0.1uF的电容,有些高速系统中这些0.1uF的电容根本就起不了作用





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沙发
kiwis66| | 2022-2-9 10:47 | 只看该作者
一般一个大电容+一个小电容
示波器看纹波在微调

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板凳
kjkujkj22| | 2022-2-9 11:29 | 只看该作者
示波器可以看看纹波在微调?

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地板
koala889|  楼主 | 2022-2-9 13:55 | 只看该作者
kjkujkj22 发表于 2022-2-9 11:29
示波器可以看看纹波在微调?

应该指纹波不合格的话,调电路参数吧

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