耦合電容和去耦電容

問題:電容的去耦和旁路是不是都是濾除高頻干擾,去耦是在輸出端,旁路是在輸入端,能不能結合實際電路詳細講解

在電路板的電源接入端放置一個1~10μF的電容,濾除低頻噪聲;在電路板上的電源與地線之間放置一個0.01~0.1μF的電容,濾除高頻噪聲。

答:從電路來說,總是存在驅動的源和被驅動的負載。如果負載電容比較大,驅動電路要把電容充電、放電,才能完成信號的跳變,在上升沿比較陡峭的時候,電流比較大,這樣驅動的電流就會吸收很大的電源電流,由於電路中的電感,電阻(特別是芯片管腳上的電感,會產生反彈),這種電流相對於正常情況來說實際上就是一種 噪聲,會影響前級的正常工作,這就是耦合。去耦電容就是起到一個電池的作用,滿足驅動電路電流的變化,避免相互間的耦合干擾。

旁路電容實際也是去耦合的,只是旁路電容一般是指高頻旁路,也就是給高頻的開關噪聲提高一條低阻抗泄防途徑。高頻旁路電容一般比較小,根據諧振頻率一般是0.1u,0.01u等,而去耦合電容一般比較大,是10u或者更大,依據電路中分佈參數,以及驅動電流的變化大小來確定。

去 耦和旁路都可以看作濾波。去耦電容相當於電池,避免由於電流的突變而使電壓下降,相當於濾紋波。具體容值可以根據電流的大小、期望的紋波大小、作用時間的 大小來計算。去耦電容一般都很大,對更高頻率的噪聲,基本無效。旁路電容就是針對高頻來的,也就是利用了電容的頻率阻抗特性。電容一般都可以看成一個RLC串聯模型。在某個頻率,會發生諧振,此時電容的阻抗就等於其ESR。如果看電容的頻率阻抗曲線圖,就會發現一般都是一個V形的曲線。具體曲線與電容的介質有關,所以選擇旁路電容還要考慮電容的介質,一個比較保險的方法就是多並幾個電容。

去耦電容在集成電路電源和地之間的有兩個作用:一方面是本集成電路的蓄能電容,另一方面旁路掉該器件的高頻噪聲。數字電路中典型的去耦電容值是0.1μF。這個電容的分佈電感的典型值是5μH。0.1μF的去耦電容有5μH的分佈電感,它的並行共振頻率大約在7MHz左右,也就是說,對於10MHz以下的噪聲有較好的去耦效果,對40MHz以上的噪聲幾乎不起作用。1μF、10μF的電容,並行共振頻率在20MHz以上,去除高頻噪聲的效果要好一些。每10片左右集成電路要加一片充放電電容,或1個蓄能電容,可選10μF左右。最好不用電解電容,電解電容是兩層薄膜捲起來的,這種捲起來的結構在高頻時表現爲電感。要使用鉭電容或聚碳酸酯電容。去耦電容的選用並不嚴格,可按C=1/F,即10MHz取0.1μF,100MHz取0.01μF。

一般來說,容量爲uF級的電容,像電解電容或鉭電容,其電感較大,諧振頻率較小,對低頻信號通過較好,而對高頻信號,表現出較強的電感性,阻抗較大,同時,大電容還可以起到局部電荷池的作用,可以減少局部的干擾通過電源耦合出去;容量爲0.001~0.1uf的電容,一般爲陶瓷電容或雲母電容,電感小,諧振頻率高,對高頻信號的阻抗較小,可以爲高頻干擾信號提供一條旁路,減少外界對該局部的耦合干擾。

在電子電路中,去耦電容和旁路電容都是起到抗干擾的作用,電容所處的位置不同,稱呼就不一樣了。對於同一個電路來說,旁路(bypass)電容是把輸入信號中的高頻噪聲作爲濾除對象,把前級攜帶的高頻雜波濾除,而去耦(decoupling,也稱退耦)電容是把輸出信號的干擾作爲濾除對象。

在供電電源和地之間也經常連接去耦電容,它有三個方面的作用:一是作爲本集成電路的蓄能電容;二是濾除該器件產生的高頻噪聲,切斷其通過供電迴路進行傳播的通路;三是防止電源攜帶的噪聲對電路構成干擾。

旁路是把前級或電源攜帶的高頻雜波或信號濾除;去耦是爲保正輸出端的穩定輸出(主要是針對器件的工作)而設的“小水塘”,在其他大電流工作時保證電源的波動範圍不會影響該電路的工作;補充一點就是所謂的耦合:是在前後級間傳遞信號而不互相影響各級靜態工作點的元件。

有源器件在開關時產生的高頻開關噪聲將沿着電源線傳播。去耦電容的主要功能就是提供一個局部的直流電源給有源器件,以減少開關噪聲在板上的傳播和將噪聲引導到地。

我來總結一下,旁路實際上就是給高頻干擾提供一個到地的能量釋放途徑,不同的容值可以針對不同的頻率干擾。所以一般旁路時常用一個大貼片加上一個小貼片並聯使用。對於相同容量的電容,其Q值會影響旁路時高頻干擾釋放路徑的阻抗,直接影響旁路的效果。對於旁路來說,希望在旁路作用時,電容的等效阻抗越小越好,這樣更利於能量的排泄。


發佈了12 篇原創文章 · 獲贊 38 · 訪問量 9萬+
發表評論
所有評論
還沒有人評論,想成為第一個評論的人麼? 請在上方評論欄輸入並且點擊發布.
相關文章