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    粤11选五走势图360: 去耦电容(2)- 电容该如何选用?

    2018-11-14 15:15:27 来源:电路设计技能
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    上一篇文章我们讲述了一下为什么要对电路板上每一个局部的器件进行电源去耦- 平滑掉本区域电流的瞬间需求导致的电源线上的波动,从而保证本区域器件的正常工作,并且不会将本区域的波动通过电源线传递(耦合)到相邻的其它区域的电路上去。而电容由于具有储能的功效成为了最好的去耦器件,因此在每个器件的电源管脚上几乎都会看到去偶电容。
     
    但问题来了:
     
    究竟需要多大容量的电容才能达到去耦的效果?
     
    这么多不同种类的电容选用哪种电容合适呢?
     
    为什么在很多电路上看到针对一个电源管脚会有多个容量大小不同、类型也不相同的电容一起工作呢?(如下图)
     
     
    在一个芯片(比如FPGA/MCU)的电源管脚上需要多个不同容值、不同类型的电容并联达到较好的去耦效果
     
    首先,我们要面对一个现实:
     
    我们能够用的电容器不单只有电容
    事情本来很简单 - 根据库伦定律,我们只需要通过某负载区域的电流变化范围、变化频率(多种速率共存)就可以推算出能够应对本区域电流波动的电容C,然后在该管脚上放一个C不就得了?
     
     
    就好比说 - 只要我们知道某个小区人均消耗粮食的速度,就可以推算出需要的粮库的容量大小以满足当地供应的需求,只需要一个粮库不就能满足成千上万家的需要了么?为何还要家家都要有个储存粮食的粮袋呢?因为,你需要粮食的时候,粮食不会瞬间全部出现在你面前,毕竟你在每次去取粮食,能够取的数量有限(相当于有电阻),在去取粮食的路上会遇到盘问(相当于电感)。
     
    回头来看,我们用来去耦的电容器(不论是哪一种)用于在电源线上的瞬态干扰期间快速提供电流,它们都不只有“电容”一个属性,还有两个阻碍电流流动的部分:电阻(ESR) - 无论频率如何都呈现固定阻抗; 电感(ESL)- 随着频率的增加其阻抗也变得更高。而这三部分的值与电容的类型、容值、封装都有很大的关系。也就相当于仓库+一定阻力/宽度的道路+盘查的人,让你在使用仓库的时候要付出额外的代价,而每种仓库的代价随着其规模的大小,性质的不同,其要付出的代价也是不同的。
     
     
    作为最常用的去耦神器 - 陶瓷电容具有很低的ESR和ESL(它们也很便宜),其次是钽电容,提供适中的ESR和ESL,但相对有较高的电容/体积比,因此它们用于更高值的旁路电容,用于补偿电源线上的低频变化。对于陶瓷和钽电容,较大的封装通常意味着较高的ESL。
     
    下图显示了0.1μF,封装为0603的陶瓷电容器的阻抗,该电容器具有850pH的ESL和50mΩ的ESR:
     
     
    正如前面讨论的,去耦电容的作用就是平滑掉高频变动的纹波电流,理想的电容器可以很容易地实现这一点,因为电容器的阻抗随着频率的增加而降低。 但由于ESL的存在,在某个频率下阻抗实际上随频率开始上升,这个频率点又被称为自谐振频率点。 我们再对比一下1μF的钽电容器,它有2200pH的ESL和1.5Ω的ESR。
     
     
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