EMC設計必讀:去耦電容和旁路電容的深度解讀
發(fā)布時(shí)間:2014-06-20 責任編輯:xueqi
【導讀】本文詳細解釋了去耦電容和旁路電容的概念和作用,并對其使用進(jìn)行了分析,對電路板級EMC設計很有幫助。
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于陰極往往要求 加有負壓,為了在一個(gè)直流電源下工作,就在陰極對地串接一個(gè)電阻,利用板流形成陰極的對地正電位,而柵極直流接地,這種偏置技術(shù)叫做“自偏”,但是對(交流)信號而言,這同時(shí)又是一個(gè)負反饋,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(lái)也有的資料把它引申使用于類(lèi)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(shuō),對于 10MHz以下的噪聲有較好的去耦效果,對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(lái)的,這種卷起來(lái)的 結構在高頻時(shí)表現為電感。要使用鉭電容或聚碳酸酯電容。去耦電容的選用并不嚴格,可按C=1/F,即10MHz取0.1μF,100MHz取 0.01μF。
一般來(lái)說(shuō),容量為uf級的電容,象電解電容或鉭電容,他的電感較大,諧振頻率較小,對低頻信號通過(guò)較好,而對高頻信號,表現出 較強的電感性,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(guò)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,對高頻信號的阻抗較小,可以為高頻干擾信號提供一條旁路,減少外界對該局部的耦合干擾。
旁路是把前級或電源攜帶的高頻雜波或信號濾除;去藕是為保正輸出端的穩定輸出(主要是針對器件的工作)而設的“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;補充一點(diǎn)就是所謂的藕合:是在前后級間傳遞信號而不互相影響各級靜態(tài)工作點(diǎn)的元件。
有源器件在開(kāi)關(guān)時(shí)產(chǎn)生的高頻開(kāi)關(guān)噪聲將沿著(zhù)電源線(xiàn)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(kāi)關(guān)噪聲在板上的傳播和將噪聲引導到地。
從電路來(lái)說(shuō),總是存在驅動(dòng)的源和被驅動(dòng)的負載。如果負載電容比較大,驅動(dòng)電路要把電容充電、放電,才能完成信號的跳變,在上升沿比較陡峭的時(shí)候,電流比 較大,這樣驅動(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),這種電流相對于正常情況來(lái)說(shuō)實(shí)際上就是一 種噪聲,會(huì )影響前級的正常工作。這就是耦合。
去耦電容就是起到一個(gè)電池的作用,滿(mǎn)足驅動(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(kāi)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,依據電路中分布參數,以及驅動(dòng)電流的變化大小來(lái)確定。
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