去耦电容的工作原理,特性,选型与布局设计

时间:2023-03-31作者:佚名

1.什么是去耦以及为什么要去耦?

模电书上讲的去耦大多是讲电源的去耦,就是一个电路的各个单元共用同一电源供电,为了防止各单元之间的耦合,需加去耦电路。


造成耦合的原因有:

数字电路——在电平翻转时的瞬间会有较大的电流,且会在供电线路上产生自感电压。

功率放大电路——因电流较大,此电流流过电源的内阻和公共地和电源线路时产生电压,使得电源电压有波动。

高频电路——电路中有高频部分因辐射和耦合在电源上产生干扰。

去耦电容的工作原理,特性,选型与布局设计

这些干扰会对同一供电电路中的对电源电压较敏感或精度要求较高的部分.比如微弱小信号放大器、AD转换器等产生干扰,或者相互干扰,严重时使整个电路无法工作。为了阻止这种干扰,可以加电源去耦电路来解决,一般常用的电源去耦电路有RC或LC电路,要求较高的另加用稳压电路。

去耦电容的工作原理,特性,选型与布局设计

一般需要在以下位置放置去耦电容:

2.为什么电容可以去耦?

(1)电源噪声一般是高频交流分量,而电容具有通交隔直的功能,所以电容可以去除高频噪声分量,实现去耦。

(2)通过降低电源系统输出阻抗,可以减少后级的负载变化对于电源输出电压的影响,而电容可以实现降低输出阻抗的要求。(因为输出电阻越小,可以减小负载瞬时电流突然变大导致的输出电压跌落(也就是电压波动))。

(另一种降低输出阻抗的去耦方式是缩短电源层和地层的距离)。

去耦电容的工作原理,特性,选型与布局设计

3.理想电容和实际电容的特性

虽然我们都知道电容具有通交隔直的功能。但是在实际使用过程中,我们还需要了解实际电容的特性,这样才能选择根据去耦电路的实际需求去选择最合适的电容。


(1)理想电容VS实际电容:理想的电容:本身不会产生任何能量损耗,在任意频率下都呈现容性。实际电容:实际上,因为制造电容的材料有电阻,电容的绝缘介质有损耗,各种原因导致电容变得不“完美”。实际上的电容等于等效串联电感ESL、等效串联电阻ESR、与理想电容的串联,因此其特性与频率有关。

去耦电容的工作原理,特性,选型与布局设计

(2)实际电容的模型:

实际的电容会存在一些能量损耗,在外部的表现就像一个电阻跟电容串联在一起(等效串联电阻ESR)。另一方面,由于引线、卷绕等物理结构因素,电容内部还存在着电感成分(等效串联电感ESL)。电容器中存在一些泄漏或体电阻(体电阻Rbulk ),它与理想电容、ESL 和 ESR 并联存在。下图显示真正实际的电容模型和阻抗。

去耦电容的工作原理,特性,选型与布局设计

由于电容器中的介电材料具有很强的绝缘性,因此 Rbulk 的值通常非常大(~100 GOhms),因此在计算电容器的阻抗时可以忽略它。因此,我们在选择电容时需要重点关注ESL和ESR值。


(3)ESR和ESL对于电容滤波作用的影响:
ESR:——会导致电压突变!

ESR通常是在100mΩ ~ 1000mΩ不等,假如你的芯片电源会有一个非常短暂的100mA的peak current, 而且这个电流几乎是去耦电容来提供的, 如果你的电容ESR有1Ω,想象一下100mA的电流流过这个电阻, 到达另一端的时候, 已然有了100mV的压降了。


ESL——会影响滤波的工作频率和高频滤波效果。

下图显示了 ESL 如何影响具有 0.01 欧姆 ESR 的理论 10 nF 电容器的阻抗。各种曲线显示了不同 ESL 值(1 nH、10 nH 和 100 nH)的阻抗曲线。

去耦电容的工作原理,特性,选型与布局设计

从上图中,我们看到阻抗在自谐振频率(也就是最低那个点)之前是容性的,(阻抗随频率升高而减少,呈现容性)而与 ESL 值无关;然后在高于自谐振频率之后变为感性(因为这时候阻抗随着频率升高而增大,呈现线性)。电容的最佳滤波效果就是这个自谐振频率处,所以对于EMC的RE辐射问题,我们一般都是将辐射超标点频率作为自谐振频率点,然后根据这个曲线去选电容。

去耦电容的工作原理,特性,选型与布局设计

相关阅读

建筑工人工资排行榜,看看水电工的工资达标了嘛!

木工 湖北人叫打模。东北人叫织盒子 他们一般都是包工做,按建筑面积算或者按模板展开面算,20至40元每平方左右。 他们是从事该工种最多的人。 粉刷工 也叫抹灰工,8块钱一平方...
2023-06-11
建筑工人工资排行榜,看看水电工的工资达标了嘛!

夏天冰箱温度调到几度最合适,怎么调最省电?你要的答案在这里

夏天到了,又到了什东西都需要放到冰箱里去的时候了,那么这时候怎么设置温度才是最省电的呢,夏天冰箱温度设置多少度合适?夏天冰箱怎么设置省电? 一、夏天冰箱温度设置多少度合适...
2023-06-11
夏天冰箱温度调到几度最合适,怎么调最省电?你要的答案在这里

什么是开环控制?什么是闭环控制?

闭环控制是控制论的一个基本概念。指作为被控的输出以一定方式返回到作为控制的输入端,并对输入端施加控制影响的一种控制关系。在控制论中,闭环通常指输出端通过“旁链”方...
2023-03-21

电气安装基础知识,很好的电气基础学习资料,新手必备!

在建筑工程中,电气安装是重要的组成部分,对整个建筑工程具有重要的现实意义。那么你对电气安装了解多少呢?以下是由小编整理关于电气安装基础知识的内容,希望大家喜欢! 电...
2023-06-11
电气安装基础知识,很好的电气基础学习资料,新手必备!

增量式编码器的相位对齐方式

增量式编码器的输出信号为方波信号,又可以分为带换相信号的增量式编码器和普通的增量式编码器,普通的增量式编码器具备两相正交方波脉冲输出信号A和B,以及零位信号Z;带换相...
2023-03-21

热销商品

热浸锌电缆光伏桥架热镀锌槽式室外防水耐腐蚀大跨距梯式线槽定制

热浸锌电缆光伏桥架采用先进的热镀锌工艺,表面锌层均匀厚实,具备优异的耐腐蚀性能,特别适用于室外恶劣环境。该产品为槽式设计,能有效防水防潮,保护内部电缆安全运行。...
10

店铺商用COB超亮服装店轨道灯led射灯婚纱20W30W40W明装导轨射灯

店铺商用COB超亮服装店轨道灯LED射灯婚纱20W30W40W明装导轨射灯,专为商业照明设计,提供均匀而集中的光线输出,确保服装展示和拍摄场景的亮度需求。采用高效能LED光源...
6.46

公牛官方旗舰店奶油风空调16A开关插座五孔面板肤感哑光g12米绒白

公牛官方旗舰店推出的奶油风空调16A开关插座五孔面板,以其独特的设计和实用的功能,成为现代家居的完美选择。这款插座采用肤感哑光G12米绒白设计,表面柔和细腻,触感舒...
11.8

led轨道射灯通用支架轨道条1米1.5米铜导轨式接头铝材滑道服装店

LED轨道射灯通用支架轨道条,为您的商业空间提供高效、灵活的照明解决方案。本产品采用铜导轨式接头设计,确保连接稳固可靠,且铝材滑道轻便易安装,适合服装店等场所使...
5

橡胶密封圈o型圈o形胶圈丁腈油封密封圈垫圈大全防水耐高温修理盒

橡胶密封圈O型圈(O形胶圈)是一种广泛应用于机械、液压、气动及管道系统的关键密封元件,具有结构简单、密封性能可靠、安装便捷等优点。本产品采用优质丁腈橡胶(NBR)材...
1.18

网站栏目