电路设计中选择电容器如何防止电路失真

任何电路选择电容器时都需要注意失真问题。如果电容器在信号路径中，就会出现这类失真。图1是2个在信号路径中包含电容器的典型电路。
　　图1a是Sallen-Key带通滤波器的第一级。在该电路中，两个重要电容器出现在通过滤波器的信号路径中。图1b是一个使用R/C对驱动SAR-ADC的放大器。电容器CF在输入信号到达ADC之前完全接触到了该输入信号。

　　图1.六阶带通滤波器的第一级(a)以及使用R/C对驱动ADC的放大器(b)。
　　该失真出现的原因是标准电容器的电压与特性相关。换句话说，电容随所应用的电压及频率而变化。
　　下面是描述在一段电压曲线上电容变化的等式：
　　C=C0(1 bVCAP)，
　　其中
　　C0是标称电容
　　VCAP是整个电容的电压
　　b是电容器的电压系数
　　图2是整个电容器相关该效应的典型曲线。

　　图2.电容器电压系数
　　电容器输入或输出电荷通过相邻阻抗，可产生一个压降错误。由于电容器的充电电流与电压相关，因此会产生一个非线性错误。对于正弦波来说，该错误包含谐波。
　　电容器电压系数特性可能在半导体工艺技术中更为明显。由于ADC输入端（图1b）有一个内部输入R/C，因此这种失真现象也会发生在转换器的输入端。
　　此外，整个电容器的输入信号频率也会影响转换精确度。电容值会引起失真，失真会随频率改变。(图3)。

　　图3.电容器THD N与频率的比较
　　该图是几项电容器技术特性及其总谐波失真 噪声(SINAD)与频率性能的比较。图中最底下的曲线是使用C08电容器获得的。C0G电容器数据上面的曲线是系统测量值。图中的其它曲线来自具有不同电介质（Z5U、Y5V和X7R）的陶瓷电容器。请注意，这些类型的电容器会随频率变化产生明显的非线性及信号失真。
　　图中没有显示NPO类陶瓷电容器。NPO类电容器与C0G性能非常匹配。关键是要为C1和C2(图1a)以及CF(图1b)选择正确的电容器类型。你会发现较高质量的外部电容器(CF)不会降低ADC的AC性能标准。较小内部ADC电容器(CSH)的较大电压系数比不上较大外部电容器的较低电压系数。
　　信号失真的形式有很多种，但如果遇到此类问题，电路信号路径中的电容器可能是最后才考虑的问题。