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2013年(35)

我的朋友

分类: 嵌入式

2013-09-15 10:13:16

一直有个疑惑:电容感抗是1/jwC,大电容C大,高频时 w也大,阻抗应该很小,不是更适合滤除高频信号?
然而事实却是:大电容滤除低频信号。
 
今天找到解答如下:
 
般的10PF左右的电容用来滤除高频的干扰信号,0.1UF左右的用来滤除低频的纹波干扰,还
可以起到稳压的作用


滤波电容具体选择什么容值要取决于你PCB上主要的工作频率和可能对系统造成影响的谐波
频率,可以查一下相关厂商的电容资料或者参考厂商提供的资料库软件,根据具体的需要
选择。至于个数就不一定了,看你的具体需要了,多加一两个也挺好的,暂时没用的可以
先不贴,根据实际的调试情况再选择容值。如果你PCB上主要工作频率比较低的话,加两个
电容就可以了,一个虑除纹波,一个虑除高频信号。如果会出现比较大的瞬时电流,建议
再加一个比较大的钽电容。


其实滤波应该也包含两个方面,也就是各位所说的大容值和小容值的,就是去耦和旁路。
原理我就不说了,实用点的,一般数字电路去耦0.1uF即可,用于10M以下;20M以上用1
到10个uF,去除高频噪声好些,大概按C=1/f  。旁路一般就比较的小了,一般根据谐振
频率
一般为0.1或0.01uF


说到电容,各种各样的叫法就会让人头晕目眩,旁路电容,去耦电容,滤波电容等等,其
实无论如何称呼,它的原理都是一样的,即利用对交流信号呈现低阻抗的特性,这一点可
以通过电容的等效阻抗公式看出来:Xcap=1/2лfC,工作频率越高,电容值越大则电容的
阻抗越小.。在电路中,如果电容起的主要作用是给交流信号提供低阻抗的通路,就称为旁
路电容;如果主要是为了增加电源和地的交流耦合,减少交流信号对电源的影响,就可以
称为去耦电容;如果用于滤波电路中,那么又可以称为滤波电容;除此以外,对于直流电
压,电容器还可作为电路储能,利用冲放电起到电池的作用。而实际情况中,往往电容的
作用是多方面的,我们大可不必花太多的心思考虑如何定义。本文里,我们统一把这些应
用于高速PCB设计中的电容都称为旁路电容.


电容的本质是通交流,隔直流,理论上说电源滤波用电容越大越好。


但由于引线和PCB布线原因,实际上电容是电感和电容的并联电路,


(还有电容本身的电阻,有时也不可忽略)


这就引入了谐振频率的概念:ω=1/(LC)1/2


在谐振频率以下电容呈容性,谐振频率以上电容呈感性。


因而一般大电容滤低频波,小电容滤高频波。


这也能解释为什么同样容值的STM封装的电容滤波频率比DIP封装更高。


至于到底用多大的电容,这是一个参考


            电容谐振频率


电容值       DIP (MHz)      STM (MHz)


1.0μF                2.5                     5


0.1μF                 8                     16


0.01μF              25                     50


1000pF             80                    160


100 pF              250                   500


10 pF                800                1.6(GHz)


不过仅仅是参考而已,用老工程师的话说——主要靠经验。


更可靠的做法是将一大一小两个电容并联,


一般要求相差两个数量级以上,以获得更大的滤波频段。


一般来讲,大电容滤除低频波,小电容滤除高频波。电容值和你要滤除频率的平方成反比



具体电容的选择可以用公式C=4Pi*Pi  /(R * f * f )


电源滤波电容如何选取,掌握其精髓与方法,其实也不难。


1)理论上理想的电容其阻抗随频率的增加而减少(1/jwc),但由于电容两端引脚的电感效应
,这时电容应该看成是一个LC串连谐振电路,自谐振频率即器件的FSR参数,这表示频率大于
FSR值时,电容变成了一个电感,如果电容对地滤波,当频率超出FSR后,对干扰的抑制就大打
折扣,所以需要一个较小的电容并联对地,可以想想为什么?


原因在于小电容,SFR值大,对高频信号提供了一个对地通路,所以在电源滤波电路中我们常
常这样理解:大电容虑低频,小电容虑高频,根本的原因在于SFR(自谐振频率)值不同,当然也
可以想想为什么?如果从这个角度想,也就可以理解为什么电源滤波中电容对地脚为什么要
尽可能靠近地了.


2)那么在实际的设计中,我们常常会有疑问,我怎么知道电容的SFR是多少?就算我知道SFR值
,我如何选取不同SFR值的电容值呢?是选取一个电容还是两个电容?


电容的SFR值和电容值有关,和电容的引脚电感有关,所以相同容值的0402,0603,或直插式电
容的SFR值也不会相同,当然获取SFR值的途径有两个,1)器件Data sheet,如22pf0402电容的
SFR值在2G左右, 2)通过网络分析仪直接量测其自谐振频率,想想如何量测?S21?


知道了电容的SFR值后,用软件仿真,如RFsim99,选一个或两个电路在于你所供电电路的工作
频带是否有足够的噪声抑制比.仿真完后,那就是实际电路试验,如调试手机接收灵敏度时,
LNA的电源滤波是关键,好的电源滤波往往可以改善几个dB.
 
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说的通俗一点,把电容当作一个正在漏水的怀子,把交流电的峰值到来时看作给怀子加水,
在漏水量相等的情况下,那么加水次数的频率高就多用小点的怀子,这样就能保准水位是高的,相反,
在加水次数低频下怀子小了,没等第二次来水时怀中的水位已经下降好多了,所以要用大的水怀来缓
和因漏水造成的水位下降。
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