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我们在电源滤波电路上可以看到各种各样的电容，100uF，10uF，100nF，10nF不同的容值，那么这些参数是如何确定的?不要告诉我是抄别人原理图的，呵呵。! a, y3 V& g9 Q5 }9 Y8 D) G; F
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: v, B; B7 R# t) H: t数字电路要运行稳定可靠，电源一定要”干净“，并且能量补充一定要及时，也就是滤波去耦一定要好。什么是滤波去耦，简单的说就是在芯片不需要电流的时候存储能量，在你需要电流的时候我又能及时的补充能量。不要跟我说这个职责不是DCDC、LDO的吗，对，在低频的时候它们可以搞定，但高速的数字系统就不一样了。4 f, i& y: ~+ \) H) |( g6 }/ A- ?! s
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先来看看电容，电容的作用简单的说就是存储电荷。我们都知道在电源中要加电容滤波，在每个芯片的电源脚放置一个0.1uF的电容去耦。等等，怎么我看到要些板子芯片的电源脚旁边的电容是0.1uF的或者0.01uF的，有什么讲究吗。要搞懂这个道道就要了解电容的实际特性。理想的电容它只是一个电荷的存储器，即C。而实际制造出来的电容却不是那么简单，分析电源完整性的时候我们常用的电容模型如下图所示。9 L# q" |; g2 V$ e+ Q9 l* K6 |; j6 b3 C1 E
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* C P5 }# R7 Q W) E$ Z, t图中ESR是电容的串联等效电阻，ESL是电容的串联等效电感，C才是真正的理想电容。ESR和ESL是由电容的制造工艺和材料决定的，没法消除。那这两个东西对电路有什么影响。ESR影响电源的纹波，ESL影响电容的滤波频率特性。
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我们知道电容的容抗Zc=1/ωC，电感的感抗Zl=ωL,( ω=2πf),实际电容的复阻抗为
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8 L9 e& ?+ U2 N+ U+ e, JZ=ESR+jωL-1/jωC= ESR+j2πf L-1/j2πf " j6 ]8 C5 o, ]% q
C。可见当频率很低的时候是电容起作用，而频率高到一定的时候电感的作用就不可忽视了，再高的时候电感就起主导作用了。电容就失去滤波的作用了。所以记住，高频的时候电容就不是单纯的电容了。实际电容的滤波曲线如下图所示。 G7 i5 b7 v! O [
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上面说了电容的等效串联电感是电容的制造工艺和材料决定的，实际的贴片陶瓷电容的ESL从零点几nH到几个nH，封装越小ESL就越小。/ z7 r: m, W1 d, g
) n# k! e! y8 B0 z! x# }3 V7 J, Q l
从上面电容的滤波曲线上我们还看出并不是平坦的，它像一个’V’，也就是说有选频特性，在时候我们希望它是越平越好(前级的板级滤波)，而有时候希望它越越尖越好(滤波或陷波)。影响这个特性的是电容的品质因素Q， + D: O9 C7 Z3 I( q6 q- L( P% K, f4 S
Q=1/ωCESR，ESR越大，Q就越小，曲线就越平坦，反之ESR越小，Q就越大，曲线就越尖。通常钽电容和铝电解有比较小的ESL，而ESR大，所以钽电容和铝电解具有很宽的有效频率范围，非常适合前级的板级滤波。也就是在DCDC或者LDO的输入级常常用较大容量的钽电容来滤波。而在靠近芯片的地方放一些10uF和0.1uF的电容来去耦，陶瓷电容有很低的ESR。
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; t" z8 `& A- J1 ]$ j说了那么多，那到底我们在靠近芯片的管脚处放置0.1uF还是0.01uF，下面列出来给大家参考。- u' L b0 @; B
: K( E1 r, r" Y% M# a, v: z
, R0 f+ L6 i5 p! ~; [4 y频率范围(HZ) 电容取值
8 W0 Z0 L5 h7 `" g( K4 y/ S; l5 c. w5 _$ B4 l5 S; z+ ^, n' s
% R! I: g+ x! T' z1 WDC-100K 10uF以上的钽电容或铝电解3 u2 m5 T7 [, \
+ {% b; O6 B/ @9 p4 U; D, |2 ]
3 f' p1 Q, P1 y( Q100K-10M 100nF(0.1uF)陶瓷电容2 _6 ^5 }8 i* U$ H& g
2 w0 M. m( D( b9 r/ N- P g# J7 Z; ]$ I# X9 ^. g$ N
10M-100M 10nF(0.01uF)陶瓷电容, [( S$ `" U% w2 U6 z& x. S
! U+ d( S+ A* A3 l& ]7 d# u! i/ \! e* h' k
>100M 1nF(0.001uF)陶瓷电容和PCB的地平面与电源平面的电容) L3 X4 ?: o& x9 y5 Y7 G! \
; D- V4 a- G/ ?' c; W3 Z' W/ Z2 t" ?) c3 @
所以，以后不要见到什么都放0.1uF的电容，有些高速系统中这些0.1uF的电容根本就起不了作用。 |
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发表于 2019-9-27 15:09
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