講到了電容在減小同步開關(guān)噪聲中所起的重要作用。由此可見,電源完整性設(shè)計(jì)的重點(diǎn)也在如何合理地選擇和放置這些電容上。各種各樣的電容種類繁雜,可按功能劃分、按介質(zhì)劃分,也可按結(jié)構(gòu)劃分。就功能而言,常用在電路設(shè)計(jì)中的電容有旁路電容、去耦電容和濾波電容。無論電容再怎么分類,其基本原理都是利用電容對(duì)交變信號(hào)呈低阻狀態(tài)。電容的阻抗X表示如下:
X=2πfC/1
交變電流的頻率f越高,電容的阻抗就越低。旁路電容起的主要作用是給交流信號(hào)提供低阻抗的通路;去耦電容的主要功能是提供一個(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,如圖所示表明加入去耦電容后電壓的紋波干擾明顯減??;濾波電容常用于濾波電路中。
對(duì)于理想的電容器來說,不考慮寄生電感和電阻的影響,那么在電容設(shè)計(jì)上就沒有任何顧慮,電容的值越大越好。但實(shí)際情況卻相差很遠(yuǎn),并不是電容越大對(duì)高速電路越有利,反而小電容才能被應(yīng)用于高頻。理解了這個(gè)問題,接下來詳細(xì)討論實(shí)際電容器本身的特性。
濾波電容用在電源整流電路中,用來濾除交流成分。使輸出的直流更平滑。
去耦電容用在放大電路中不需要交流的地方,用來消除自激,使放大器穩(wěn)定工作。
旁路電容用在有電阻連接時(shí),接在電阻兩端使交流信號(hào)順利通過。
1.關(guān)于去耦電容蓄能作用的理解
1)去耦電容主要是去除高頻如RF信號(hào)的干擾,干擾的進(jìn)入方式是通過電磁輻射。
而實(shí)際上,芯片附近的電容還有蓄能的作用,這是第二位的。
你可以把總電源看作密云水庫(kù),我們大樓內(nèi)的家家戶戶都需要供水,
這時(shí)候,水不是直接來自于水庫(kù),那樣距離太遠(yuǎn)了,
等水過來,我們已經(jīng)渴的不行了。
實(shí)際水是來自于大樓頂上的水塔,水塔其實(shí)是一個(gè)buffer的作用。
如果微觀來看,高頻器件在工作的時(shí)候,其電流是不連續(xù)的,而且頻率很高,
而器件VCC到總電源有一段距離,即便距離不長(zhǎng),在頻率很高的情況下,
阻抗Z=i*wL+R,線路的電感影響也會(huì)非常大,
會(huì)導(dǎo)致器件在需要電流的時(shí)候,不能被及時(shí)供給。
而去耦電容可以彌補(bǔ)此不足。
這也是為什么很多電路板在高頻器件VCC管腳處放置小電容的原因之一
(在vcc引腳上通常并聯(lián)一個(gè)去藕電容,這樣交流分量就從這個(gè)電容接地。)
2)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
2.旁路電容和去耦電容的區(qū)別
去耦:去除在器件切換時(shí)從高頻器件進(jìn)入到配電網(wǎng)絡(luò)中的RF能量。去耦電容還可以為器件 供局部化的DC電壓源,它在減少跨板浪涌電流方面特別有用。
旁路:從元件或電纜中轉(zhuǎn)移出不想要的共模RF能量。這主要是通過產(chǎn)生AC旁路消除無意的能量進(jìn)入敏感的部分,另外還可以提供基帶濾波功能(帶寬受限)。
我們經(jīng)??梢钥吹剑陔娫春偷刂g連接著去耦電容,它有三個(gè)方面的作用:一是作為本集成電路的蓄能電容;二是濾除該器件產(chǎn)生的高頻噪聲,切斷其通過供電回路進(jìn)行傳播的通路;三是防止電源攜帶的噪聲對(duì)電路構(gòu)成干擾。
在電子電路中,去耦電容和旁路電容都是起到抗干擾的作用,電容所處的位置不同,稱呼就不一樣了。對(duì)于同一個(gè)電路來說,旁路(bypass)電容是把輸入信號(hào)中的高頻噪聲作為濾除對(duì)象,把前級(jí)攜帶的高頻雜波濾除,而去耦(decoupling)電容也稱退耦電容,是把輸出信號(hào)的干擾作為濾除對(duì)象。