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@21小跑堂
从学电子开始，就免不了和电容打交道。只要涉及到滤波，去耦，旁路之类的就必不可少的用电容。在刚工作的时候，参考老师傅的5V-Buck电路，输出端就是经典的10uF+1uF+100nF的大小容值组合，问带班的师傅，为啥这样组合。很经典的回复：大电容在稳压的同事，还滤除低频干扰，小电容滤除高频干扰。然后百度找一下资料，大部分也是这样的回复： 小电容滤掉频率比较高的信号，通过的信号的频率就是在这两个电容滤掉之间那一段。大电容是电解电容，有极性，对交流电不起作用，对不平滑的直流电滤波，使之趋于平滑。小电容是无极电容，是滤除交流高频杂波。 看起来也都是很有道理的。毕竟从电容的容抗特性来看，这种解释是很有对的。旁路就是在信号源出增加一个低阻抗路径，将瞬态能量分量到地的做法。 随着工作经验的累积，觉得这种简单的大小电容容值的并联，有时候不仅起不到滤波的作用，反而会带来一些负面的影响。尤其是系统速度增加时，适用于与较低的系统速度和较慢的逻辑要求设计的电路，使用不同容值的并联做法，会带来一些问题：比如增加RFI/EMI的问题，降低噪声容限等等；因为电容的实际模型是R-L-C的串并联组合，基于这种实际电容模型，就知道电容的阻抗曲线是有谐振点，这在电容的Datasheet的手册上面也能获取。 既然电容存在谐振点，那么对于不同容值的电容组合，就容易产生如下图所示的反谐振，这样不仅对滤波没有帮助，反而带来坏处。 所以在实际电路设计中，还是尽可能选用一个电容值。即使需要多个不同容值的电容并联，也需要根据电容的谐振特性选择，从而匹配滤除噪声的频率特性。 电容在EMI的调试中经常使用，下图是调试一个5V-Buck电路中测试到的频谱图，频谱仪的底噪是38dbuV左右的。很明显在280MHz附近有一个尖峰59dbuV，噪声的幅值是1mV，需要滤除。一般做法是在电源的输入线对地并联一个3.3nF左右的电容，对于f=280MHz， 其阻抗Zc=1/(2*pai*f*c)=1.7欧姆，同时参考电容的阻抗曲线，选择谐振点在280MHz附件，形成一个低阻抗通路，所以应该是有效果的； 通过增加了一个3.3nF电容，280MHz附近的尖峰41dbuV，噪声的幅值是0.1mV对于f=280MHz的幅值从59dbuV降低到41dbuV,降低了18dbuV，这个说明改进是有效果的。 电容滤除noise signal，一般就是RC低通滤波器的形式实现，但是在选型3.3nF的电容时候，并没有电阻R，我的理解是，噪声源的内阻充当了电阻R，如果噪声源的内阻很小，选型3.3nF的电容也不起作用。下图是以理想电容模型仿真，可以看到，当内阻很小的时候，即使滤波电容的容抗很小，但是和内阻分压，还是会造成滤波效果差。所以在EMI改进的时候，即使选择电容的谐振点是滤除噪声的频带，但是滤除效果依然不怎么好。这个时候应该要对噪声源的源内阻做一些分析。 这是使用理想电容模型做分析，如果用实际电容模型来仿真，看下效果是怎么样。显然从仿真结果来看，实际电容模型和理想电容模型差距是巨大的。有相同点也有不同点 相同点：噪声源的源内阻越大，幅频曲线衰减越多； 不同点：幅频曲线不是以20dB/10dec持续滚降。这也就是说实际电容模型不是单极点模型。这是由于电容存在ESR，在高频会提供一个零点，所以在高频出，幅频曲线不会再滚降的；在这个EMI的改进过程中，很巧的是加一个3.3nF电容，就将280MHz的噪声幅值降低了，可能这个噪声源的源阻抗有10欧姆左右，因此可以在280MHz有一个20dB的衰减。关于噪声源的源阻抗是自己的一个理解，也不一定正确，在论坛和大家一起讨论，坛友有更好的理解，可以一起分享的。 由于280MHz的噪声幅值是41dbuV，还没有达到底噪的38dbuV，还有一个细小的凸包。更换一个不同阻抗曲线的电容，应该可以得到改进。但是在电源线加一个电感，组成LC二阶滤波器，以40dB/10dec的滚降斜率，滤波效果会更好的： 通过仿真的结果来看，确实在280MHz的频率出，幅频曲线是-45dB，相对RC的一阶滤波器的-24dB，提高了20dB的衰减。这个看来在EMI的改进中，仅仅依靠电容完全滤除噪声有些难度，所以需要加上共模电感，磁珠之类的磁性元件才有效果的。EMI的改进需要使用频谱仪边测试边分析，找出是电场干扰还是磁场干扰，相应的添加元件，才能见效快的。 关于去耦电容的详细分析内容，可以参考 AN1032-Using Decoupling Capacitors
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楼主
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楼主讲的和归纳的很到位。