电容综述性文章..docVIP

关于去耦电容应用的综述 文挡结构： 基本概念：等效电感（ESL）和等效电阻（ESR）文章一：高速PCB电源完整性和地波动分析的仿真 第一篇：高速系统中的接地（摘自美国带回的资料） 第二篇：电源噪声的削减和滤除方法（摘自美国带回的资料） 第三篇： EMI/RFI Considerations（美国带回的资料） 当今高速数字电路与高频设计的处理器的时钟频率和传输信号速率的频率范围已经达到GHz，这意味着PCB也要处理同样高的频率和宽带信号。去除高频PCB的干扰，主要采用屏蔽、滤波和接地三种方式。在滤波中的电容就显得至关重要。 下面给出的资料，介绍了PCB设计中去耦电容的作用与使用方法。 基本概念：等效电感（ESL）和等效电阻（ESR） 理想电容的阻抗是随着频率的升高降低，而实际电容的阻抗是图1所示的网络的阻抗特性，在频率较低的时候，呈现电容特性，即阻抗随频率的增加而降低，在某一点发生谐振，在这点电容的阻抗等于等效串联电阻ESR。在谐振点以上，由于ESL的作用，电容阻抗随着频率的升高而增加，这是电容呈现电感的阻抗特性。在谐振点以上，由于电容的阻抗增加，因此对高频噪声的旁路作用减弱，甚至消失。 　　电容的谐振频率由ESL和C共同决定，电容值或电感值越大，则谐振频率越低，也就是电容的高频滤波效果越差。ESL除了与电容器的种类有关外，电容的引线长度是一个十分重要的参数，引线越长，则电感越大，电容的谐振频率越低。因此在实际工程中，要使电容器的引线尽量短。 等效串联电阻ESR (Equivalent Series Resistance)：电容器的等效串联电阻是由电容器的引脚电阻与电容器两个极板的等效电阻相串联构成的。当有大的交流电流 通过电容器，ESR 使电容器消耗能量(从而产生损耗)。这对射频电路和载有高波纹电 流的电源去耦电容器会造成严重后果。但对精密高阻抗、小信号模拟电路不会有很大的影响 。ESR 最低的电容器是云母电容器和薄膜电容器。等效串联电感ESL (Equivalent Series Inductance)：电容器的等效串联电 感是由电容器的引脚电感与电容器两个极板的等效电感串联构成的。像ESR 一样，ESL 在射频或高频工作环境下也会出现严重问题，虽然精密电路本身在直流或低频条件下正常工作。其原因是用子精密模拟电路中的晶体管在过渡频率(transition freque ncie s)扩展到几百兆赫或几吉赫的情况下，仍具有增益，可以放大电感值很低的谐振信号。 这就是在高频情况下对这种电路的电源端要进行适当去耦的主要原因。Ansoft交流会的报告） 本文处理的是PCB板中存在的谐振、波动、随参考面改变的信号变化、本征模、信号线与电源地耦合等问题。它还着重论述了去耦电容的布局策略，以满足目标阻抗和时域特性为参考。 问题的提出： 怎样放置电源/地板？ 怎样选择去耦电容？ 怎样布置去耦电容？ 需要多少个去耦电容？ 对地反弹电压是怎么样产生的？ 问题的提出和解答： 怎样放置电源/地板？ 答：找出PCB上的谐振电压分布点，注意到IC芯片是电流流散源（ Current Sink Source ）。找谐振点的应用软件是Ansoft 公司的SIWAVE ，在频响曲线上可以看到哪个频点是谐振的。这个谐振点就是本征频率，当源（IC芯片）放的位置不足以激励该本征频率时，PCB是稳定的。谐振出现的可能原因是： 阻抗不匹配时； 寄生参数有变化时 关于去耦电容，有几个基本概念要先弄清楚： 等效输入阻抗：将所要关注的PCB板块看作是一个四端口网络，PCB上采用不同的布线结构时，端口网络的输入阻抗是不一样的。 将电源/地端子看作网络端口。 目标阻抗：馈电系统（PDS-Power Delivery System）中的目标阻抗指的是设计者希望得到的从电源馈入端看进去的阻抗（有图例），它需要用频响图来显示，纵坐标是阻抗值的模，横坐标是频率，频率范围应该从直流到包含几个可能的谐振频率点。——有专门的计算公式。要考虑供电电源的波纹电压比值。 在高频时电容的非线性效应出来了，电容里的寄生电感ESL影响最大，其次是寄生电阻ESR——有几个图例： 图例1：馈电系统（PDS-Power Delivery System）的结构件以及它们的作用频段 图例2：低阻回路——在低阻回路中，也不是采用单个的电容值越大越好，最好采用并联电路法。 去耦电容的作用： 在电源/地板之间为信号回路提供AC通道； 降低馈电系统的阻抗，以防止板间的电磁干扰； 控制EMI。 高频陶瓷电容在馈电系统重点应用越来越广泛。举例：在1MHz时电路所需要的电容量可以依下式计算得到： = 是指1MHz