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去耦电容与旁路电容的异同点

冬至子 来源:嵌入式基地 作者:嵌入式基地 2023-06-26 15:55 次阅读

首先了解以下几个概念:

  • 耦合,有联系的意思。
  • 耦合元件,尤其是指使输入输出产生联系的元件。
  • 去耦合元件,指消除信号联系的元件。
  • 去耦合电容简称去耦电容。

从电路来说,总是存在驱动的源和被驱动的负载。如果负载电容比较大,驱动电路要把电容充电、放电,才能完成信号的跳变,在上升沿比较陡峭的时候,电流比较大,这样驱动的电流就会吸收很大的电源电流,由于电路中的电感,电阻(特别是芯片管脚上的电感,会产生反弹),这种电流相对于正常情况来说实际上就是一种噪声,会影响前级的正常工作。这就是 耦合

晶体管放大器发射极有一个自给偏压电阻,它同时又使信号产生压降反馈到输入端形成了输入输出信号耦合,这个电阻就是产生了耦合的元件,如果在这个电阻两端并联一个电容,由于适当容量的电容器对交流信号较小的阻抗,这样就减小了电阻产生的耦合效应,故称此电容为 去耦电容

去耦电容与旁路电容的异同点

去耦和旁路都可以看作滤波。

旁路是把输入信号中的干扰作为滤除对象,而去耦是把输出信号的干扰作为滤除对象,防止干扰信号返回电源。

去耦电容与旁路电容的作用

去藕电容就是起到一个电池的作用,满足驱动电路电流的变化,避免由于电流的突变而使电压下降,相当于滤纹波。具体容值可以根据电流的大小、期望的纹波大小、作用时间的大小来计算。

旁路电容实际也是去藕合的,只是旁路电容一般是指高频旁路,也就是利用了电容的频率阻抗特性。电容一般都可以看成一个RLC串联模型。在某个频率,会发生谐振,此时电容的阻抗就等于其ESR。如果看电容的频率阻抗曲线图,就会发现一般都是一个V形的曲线。具体曲线与电容的介质有关,所以选择旁路电容还要考虑电容的介质,一个比较保险的方法就是多并几个电容。

高频旁路电容一般比较小 ,根据谐振频率一般是0.1u,0.01u等,而 去耦合电容一般比较大 ,是10u或者更大,对更高频率的噪声,基本无效,其电容大小依据电路中分布参数,以及驱动电流的变化大小来确定。

去耦电容在集成电路电源和地之间的有以下几个作用:

  • 本集成电路的蓄能电容,
  • 旁路掉该器件的高频噪声。
  • 防止电源携带的噪声对电路构成干扰

滤波电容用在电源整流电路中,用来滤除交流成分。使输出的直流更平滑。

去耦电容用在放大电路中不需要交流的地方,用来消除自激,使放大器稳定工作。

旁路电容用在有电阻连接时,接在电阻两端使交流信号顺利通过。

容值的选择

数字电路中典型的去耦电容值是0.1μF。这个电容的分布电感的典型值是5μH。0.1μF的去耦电容有5μH的分布电感,它的并行共振频率大约在7MHz左右,也就是说,对于10MHz以下的噪声有较好的去耦效果,对40MHz以上的噪声几乎不起作用。

1μF、10μF的电容,并行共振频率在20MHz以上,去除高频噪声的效果要好一些。每10片左右集成电路要加一片充放电电容,或1个蓄能电容,可选10μF左右。最好不用电解电容,电解电容是两层薄膜卷起来的,这种卷起来的结构在高频时表现为电感。要使用钽电容或聚碳酸酯电容。

去耦电容的选用并不严格,可按C=1/F,即10MHz取0.1μF,100MHz取0.01μF。

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