从学电子开始,就免不了要跟电容打交道。只要涉及滤波、去耦、旁路之类的,就必不可少会用到电容。
记得刚工作的时候,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。当时问带班的师傅,为啥这样组合?他给出的解释是:大电容在稳压的同时,还滤除低频干扰,小电容滤除高频干扰。
然后我又百度找了一下资料,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。
这些看起来都是很有道理的,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。
但是,随着工作经验的累积,我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**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,反而会带来坏处。
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。一般的做法是,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)=1.7Ω,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。
|