中心議題：

• 多層陶瓷電容
  、固態鉭電解電容和鋁電解電容的比較
• 低壓差調節器選擇旁路電容的考慮因素

雖(sui)然(ran)人(ren)們(men)普(pu)遍(bian)認(ren)為(wei)電(dian)容(rong)是(shi)解(jie)決(jue)噪(zao)聲(sheng)相(xiang)關(guan)問(wen)題(ti)的(de)靈(ling)丹(dan)妙(miao)藥(yao)，但(dan)是(shi)電(dian)容(rong)的(de)價(jia)值(zhi)並(bing)不(bu)僅(jin)限(xian)於(yu)此(ci)。設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)常(chang)常(chang)隻(zhi)想(xiang)到(dao)添(tian)加(jia)幾(ji)個(ge)電(dian)容(rong)就(jiu)可(ke)以(yi)解(jie)決(jue)大(da)多(duo)數(shu)噪(zao)聲(sheng)問(wen)題(ti)，但(dan)卻(que)很(hen)少(shao)去(qu)考(kao)慮(lv)電(dian)容(rong)和(he)電(dian)壓(ya)額(e)定(ding)值(zhi)之(zhi)外(wai)的(de)參(can)數(shu)。然(ran)而(er)，與(yu)所(suo)有(you)電(dian)子(zi)器(qi)件(jian)一(yi)樣(yang)，電(dian)容(rong)並(bing)不(bu)是(shi)十(shi)全(quan)十(shi)美(mei)的(de)，相(xiang)反(fan)
，電(dian)容(rong)會(hui)帶(dai)來(lai)寄(ji)生(sheng)等(deng)效(xiao)串(chuan)聯(lian)電(dian)阻(zu)(ESR)和電感(ESL)的問題，其電容值會隨溫度和電壓而變化，而且電容對機械效應也非常敏感。

設計人員在選擇旁路電容時
，以及電容用於濾波器、積分器
、時序電路和實際電容值非常重要的其它應用時，都必須考慮這些因素。若選擇不當，則可能導致電路不穩定
、噪聲和功耗過大、產品生命周期縮短，以及產生不可預測的電路行為。

1 電容技術

電容具有各種尺寸、額定電壓和其它特性，能夠滿足不同應用的具體要求。常用電介質材料包括油、紙、玻璃、空氣
、雲母、聚合物薄膜和金屬氧化物。每種電介質均具有特定屬性，決定其是否適合特定的應用。

在電壓調節器中
，以下三大類電容通常用作電壓輸入和輸出旁路電容：多層陶瓷電容、固態鉭電解電容和鋁電解電容下表對這三類電容進行了比較。

1.1 多層陶瓷電容

多層陶瓷電容(MLCC)不僅尺寸小，而且將低ESR、低ESL和(he)寬(kuan)工(gong)作(zuo)溫(wen)度(du)範(fan)圍(wei)特(te)性(xing)融(rong)於(yu)一(yi)體(ti)
，可(ke)以(yi)說(shuo)是(shi)旁(pang)路(lu)電(dian)容(rong)的(de)首(shou)選(xuan)。不(bu)過(guo)


，這(zhe)類(lei)電(dian)容(rong)也(ye)並(bing)非(fei)完(wan)美(mei)無(wu)缺(que)。根(gen)據(ju)電(dian)介(jie)質(zhi)材(cai)料(liao)不(bu)同(tong)
，電(dian)容(rong)值(zhi)會(hui)隨(sui)著(zhe)溫(wen)度(du)、直zhi流liu偏pian置zhi和he交jiao流liu信xin號hao電dian壓ya動dong態tai變bian化hua。另ling外wai
，電dian介jie質zhi材cai料liao的de壓ya電dian特te性xing可ke將jiang振zhen動dong或huo機ji械xie衝chong擊ji轉zhuan換huan為wei交jiao流liu噪zao聲sheng電dian壓ya。大da多duo數shu情qing況kuang下xia，此ci類lei噪zao聲sheng往wang往wang以yi微wei伏fu計ji，但dan在zai極ji端duan情qing況kuang下xia，機ji械xie力li可ke以yi產chan生sheng毫hao伏fu級ji噪zao聲sheng。

電壓控製振蕩器(VCO)
、鎖相環(PLL)
、RF功率放大器(PA)和其它模擬電路都對供電軌上的噪聲非常敏感。在VCO和PLL中，此類噪聲表現為相位噪聲；在RF PA中，表現為幅度調製；而在超聲、CTsaomiaoyijichulididianpingmonixinhaodeqitayingyongzhong
，zebiaoxianweixianshiweixiang。jinguantaocidianrongcunzaishangshuquexian，danyouyuchicunxiaoqiechengbendi
，yincijihuzaimeizhongdianziqijianzhongdouhuiyongdao。buguo，dangtiaojieqiyongzaiduizaoshengmingandeyingyongzhongshi，shejirenyuanbixuzaixi*估這些副作用。

1.2 固態鉭電解電容

與陶瓷電容相比，固態鉭電容對溫度、偏pian置zhi和he振zhen動dong效xiao應ying的de敏min感gan度du相xiang對dui較jiao低di。新xin興xing一yi種zhong固gu態tai鉭tan電dian容rong采cai用yong導dao電dian聚ju合he物wu電dian解jie質zhi，而er非fei常chang見jian的de二er氧yang化hua錳meng電dian解jie質zhi，其qi浪lang湧yong電dian流liu能neng力li有you所suo提ti高gao，而er且qie無wu需xu電dian流liu限xian製zhi電dian阻zu。此ci項xiang技ji術shu的de另ling一yi好hao處chu是shiESR更低。固態鉭電容的電容值可以相對於溫度和偏置電壓保持穩定，因此選擇標準僅包括容差、工作溫度範圍內的降壓情況以及最大ESR。

導電聚合物鉭電容具有低ESR特(te)性(xing)
，成(cheng)本(ben)高(gao)於(yu)陶(tao)瓷(ci)電(dian)容(rong)而(er)且(qie)體(ti)積(ji)也(ye)略(lve)大(da)，但(dan)對(dui)於(yu)不(bu)能(neng)忍(ren)受(shou)壓(ya)電(dian)效(xiao)應(ying)噪(zao)聲(sheng)的(de)應(ying)用(yong)而(er)言(yan)可(ke)能(neng)是(shi)唯(wei)一(yi)選(xuan)擇(ze)。不(bu)過(guo)，鉭(tan)電(dian)容(rong)的(de)漏(lou)電(dian)流(liu)要(yao)遠(yuan)遠(yuan)大(da)於(yu)等(deng)值(zhi)陶(tao)瓷(ci)電(dian)容(rong)
，因(yin)此(ci)不(bu)適(shi)合(he)一(yi)些(xie)低(di)電(dian)流(liu)應(ying)用(yong)。

固態聚合物電解質技術的缺點是此類鉭電容對無鉛焊接guochengzhongdegaowengengweimingan，yincizhizaoshangtongchanghuiguidingdianrongzaihanjieshibudechaoguosangehanjiezhouqi。zuzhuangguochengzhongruohushicixiangyaoqiu
，zekenengdaozhichangqiwendingxingwenti。
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1.3 鋁電解電容

傳統的鋁電解電容往往體積較大
、ESR和ESL較高
、漏電流相對較高且使用壽命有限（以數千小時計）。而OS-CON電容則采用有機半導體電解質和鋁箔陰極，以實現較低的ESR。這類電容雖然與固態聚合物鉭電容相關，但實際上要比鉭電容早10年或更久。由於不存在液態電解質逐漸變幹的問題，OS-CON型電容的使用壽命要比傳統的鋁電解電容長。大多數電容的工作溫度上限為105°C
，但現在OS-CON型電容可以在最高125°C的溫度範圍內工作。

雖然OS-CON型電容的性能要優於傳統的鋁電解電容，但是與陶瓷電容或固態聚合物鉭電容相比，往往體積更大且ESR更高。與固態聚合物鉭電容一樣，這類電容不受壓電效應影響，因此適合低噪聲應用。

2 為LDO電路選擇電容

2.1 輸出電容
ADI公司的低壓差調節器(LDO)可以與節省空間的小型陶瓷電容配合使用，但前提是這些電容具有低等效串聯電阻(ESR)
；輸出電容的ESR會影響LDO控製環路的穩定性。為確保穩定性
，建議采用至少1  μF且ESR最大為1 Ω的電容。

shuchudianronghaihuiyingxiangtiaojieqiduifuzaidianliubianhuadexiangying。kongzhihuanludedaxinhaodaikuanyouxian
，yincishuchudianrongbixutigongkuaisushunbiansuoxudedaduoshufuzaidianliu。dangfuzaidianliuyi500 mA/ μs的速率從1 mA變為200 mA時，1 μF電容無法提供足夠的電流，因而產生大約80 mV的負載瞬態，如圖1所示。當電容增加到10  μF時
，負載瞬態會降至約70 mV，如圖2所示。當輸出電容再次增加並達到20  μF時，調節器控製環路可進行跟蹤，主動降低負載瞬態，如圖3所示。這些示例都采用線性調節器ADP151
，其輸入和輸出電壓分別為5 V和3.3 V。

圖1. 瞬態響應(COUT = 1 μF)

圖2. 瞬態響應(COUT = 10 μF)

圖3. 瞬態響應(COUT = 20 μF)

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2.2 輸入旁路電容
在VIN和GND之間連接一個1 μF電容可以降低電路對PCB布局的敏感性，特別是在長輸入走線或高信號源阻抗的情況下。如果輸出端上要求使用1 μF以上的電容

，則應增加輸入電容
，使之與輸出電容匹配。

2.3 輸入和輸出電容特性
輸shu入ru和he輸shu出chu電dian容rong必bi須xu滿man足zu預yu期qi工gong作zuo溫wen度du和he工gong作zuo電dian壓ya下xia的de最zui小xiao電dian容rong要yao求qiu。陶tao瓷ci電dian容rong可ke采cai用yong各ge種zhong各ge樣yang的de電dian介jie質zhi製zhi造zao


，溫wen度du和he電dian壓ya不bu同tong，其qi特te性xing也ye不bu相xiang同tong。對dui於yu5 V應用，建議采用電壓額定值為6.3 V至10 V的X5R或X7R電介質。Y5V和Z5U電介質的溫度和直流偏置特性不佳，因此不適合與LDO一起使用。

圖4所示為采用0402封裝的1 μF、10 V X5R電dian容rong與yu偏pian置zhi電dian壓ya之zhi間jian的de關guan係xi。電dian容rong的de封feng裝zhuang尺chi寸cun和he電dian壓ya額e定ding值zhi對dui其qi電dian壓ya穩wen定ding性xing影ying響xiang極ji大da。一yi般ban而er言yan
，封feng裝zhuang尺chi寸cun越yue大da或huo電dian壓ya額e定ding值zhi越yue高gao
，電dian壓ya穩wen定ding性xing也ye就jiu越yue好hao。X5R電介質的溫度變化率在-40℃至+85°C溫度範圍內為±15%，與封裝或電壓額定值沒有函數關係。

圖4. 電容與電壓的特性關係

要確定溫度

、元件容差和電壓範圍內的最差情況下電容
，可用溫度變化率和容差來調整標稱電容，如公式1所示：
CEFF = CBIAS × (1 – TVAR) × (1 –TOL)                 (1)
其中，CBIAS是工作電壓下的標稱電容；TVAR是溫度範圍內最差情況下的電容變化率（百分率）
；TOL是最差情況下的元件容差（百分率）。

本例中，X5R電介質在–40°C至+85°C範圍內的TVAR為15%

；TOL為10%


；CBIAS在1.8 V時為0.94 μF，如圖4所示。將這些值代入公式1，即可得出：
CEFF = 0.94 μF × (1 – 0.15) × (1 – 0.1) = 0.719 μF
在工作電壓和溫度範圍內
，ADP151的最小輸出旁路電容額定值為0.70 μF，因而此電容符合該項要求。

3 總結

為保證LDO的性能
，必須正確認識並嚴格*估旁路電容的直流偏置
、溫度變化率和容差。在要求低噪聲、低di漂piao移yi或huo高gao信xin號hao完wan整zheng性xing的de應ying用yong中zhong，也ye必bi須xu考kao慮lv電dian容rong技ji術shu。所suo有you電dian容rong都dou存cun在zai一yi些xie不bu夠gou理li想xiang的de行xing為wei效xiao應ying
，因yin此ci所suo選xuan的de電dian容rong技ji術shu必bi須xu與yu應ying用yong需xu求qiu相xiang適shi應ying。