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EMC設(shè)計(jì)必讀:去耦電容和旁路電容的深度解讀
發(fā)布時(shí)間:2014-06-20 責(zé)任編輯:xueqi
【導(dǎo)讀】本文詳細(xì)解釋了去耦電容和旁路電容的概念和作用,并對(duì)其使用進(jìn)行了分析,對(duì)電路板級(jí)EMC設(shè)計(jì)很有幫助。
旁路電容不是理論概念,而是一個(gè)經(jīng)常使用的實(shí)用方法,在50 - 60年代,這個(gè)詞也就有它特有的含義,現(xiàn)在已不多用。電子管或者晶體管是需要偏置的,就是決定工作點(diǎn)的直流供電條件。例如電子管的柵極相對(duì)于陰極往往要求 加有負(fù)壓,為了在一個(gè)直流電源下工作,就在陰極對(duì)地串接一個(gè)電阻,利用板流形成陰極的對(duì)地正電位,而柵極直流接地,這種偏置技術(shù)叫做“自偏”,但是對(duì)(交流)信號(hào)而言,這同時(shí)又是一個(gè)負(fù)反饋,為了消除這個(gè)影響,就在這個(gè)電阻上并聯(lián)一個(gè)足夠大的點(diǎn)容,這就叫旁路電容。后來也有的資料把它引申使用于類似情況。
去耦電容在集成電路電源和地之間的有兩個(gè)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(shù)字電路中典型的去耦電容值是 0.1μF。這個(gè)電容的分布電感的典型值是5μH。0.1μF的去耦電容有5μH的分布電感,它的并行共振頻率大約在7MHz左右,也就是說,對(duì)于 10MHz以下的噪聲有較好的去耦效果,對(duì)40MHz以上的噪聲幾乎不起作用。1μF、10μF的電容,并行共振頻率在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(gè)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卷起來的,這種卷起來的 結(jié)構(gòu)在高頻時(shí)表現(xiàn)為電感。要使用鉭電容或聚碳酸酯電容。去耦電容的選用并不嚴(yán)格,可按C=1/F,即10MHz取0.1μF,100MHz取 0.01μF。
一般來說,容量為uf級(jí)的電容,象電解電容或鉭電容,他的電感較大,諧振頻率較小,對(duì)低頻信號(hào)通過較好,而對(duì)高頻信號(hào),表現(xiàn)出 較強(qiáng)的電感性,阻抗較大,同時(shí),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;容量為0.001~0.1uf的電容,一般為陶 瓷電容或云母電容,電感小,諧振頻率高,對(duì)高頻信號(hào)的阻抗較小,可以為高頻干擾信號(hào)提供一條旁路,減少外界對(duì)該局部的耦合干擾。
旁路是把前級(jí)或電源攜帶的高頻雜波或信號(hào)濾除;去藕是為保正輸出端的穩(wěn)定輸出(主要是針對(duì)器件的工作)而設(shè)的“小水塘”,在其他大電流工作時(shí)保證電源的波動(dòng)范圍不會(huì)影響該電路的工作;補(bǔ)充一點(diǎn)就是所謂的藕合:是在前后級(jí)間傳遞信號(hào)而不互相影響各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)的元件。
有源器件在開關(guān)時(shí)產(chǎn)生的高頻開關(guān)噪聲將沿著電源線傳播。去耦電容的主要功能就是提供一個(gè)局部的直流電源給有源器件,以減少開關(guān)噪聲在板上的傳播和將噪聲引導(dǎo)到地。
從電路來說,總是存在驅(qū)動(dòng)的源和被驅(qū)動(dòng)的負(fù)載。如果負(fù)載電容比較大,驅(qū)動(dòng)電路要把電容充電、放電,才能完成信號(hào)的跳變,在上升沿比較陡峭的時(shí)候,電流比 較大,這樣驅(qū)動(dòng)的電流就會(huì)吸收很大的電源電流,由于電路中的電感,電阻(特別是芯片管腳上的電感,會(huì)產(chǎn)生反彈),這種電流相對(duì)于正常情況來說實(shí)際上就是一 種噪聲,會(huì)影響前級(jí)的正常工作。這就是耦合。
去耦電容就是起到一個(gè)電池的作用,滿足驅(qū)動(dòng)電路電流的變化,避免相互間的耦合干擾。
旁路電容實(shí)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(guān)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(jù)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(jù)電路中分布參數(shù),以及驅(qū)動(dòng)電流的變化大小來確定。
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