濾波電容的選擇:大電容濾低頻,小電容濾高頻?
發布時間:2015-10-15 責任編輯:susan
【導讀】一直有個疑惑:電容感抗是1/jwC,大電容C大,高頻時 w也大,阻抗應該很小,不是更適合濾除高頻信號?然而事實卻是:大電容濾除低頻信號。本文將會為你解答這個問題。
一般的10PF左右的電容用來濾除高頻的幹擾信號,0.1UF左右的用來濾除低頻的紋波幹擾,還可以起到穩壓的作用濾波電容具體選擇什麼容值要取決於你PCBshangzhuyaodegongzuopinlvhekenengduixitongzaochengyingxiangdexiebopinlv,keyizhayixiaxiangguanchangshangdedianrongziliaohuozhecankaochangshangtigongdeziliaokuruanjian,genjujutidexuyaoxuanze。zhiyugeshujiubuyidingle,kannidejutixuyaole,duojiayilianggeyetinghaode,zanshimeiyongdekeyixianbutie,genjushijidetiaoshiqingkuangzaixuanzerongzhi。ruguoniPCB上(shang)主(zhu)要(yao)工(gong)作(zuo)頻(pin)率(lv)比(bi)較(jiao)低(di)的(de)話(hua),加(jia)兩(liang)個(ge)電(dian)容(rong)就(jiu)可(ke)以(yi)了(le),一(yi)個(ge)慮(lv)除(chu)紋(wen)波(bo),一(yi)個(ge)慮(lv)除(chu)高(gao)頻(pin)信(xin)號(hao)。如(ru)果(guo)會(hui)出(chu)現(xian)比(bi)較(jiao)大(da)的(de)瞬(shun)時(shi)電(dian)流(liu),建(jian)議(yi)再(zai)加(jia)一(yi)個(ge)比(bi)較(jiao)大(da)的(de)鉭(tan)電(dian)容(rong)。
qishilvboyinggaiyebaohanlianggefangmian,yejiushigeweisuoshuodedarongzhihexiaorongzhide,jiushiquouhepanglu。yuanliwojiubushuole,shiyongdiande,yibanshuzidianluquou0.1uF即可,用於10M以下;20M以上用1到10個uF,去除高頻噪聲好些,大概按C=1/f 。旁路一般就比較的小了,一般根據諧振頻率一般為0.1或0.01uF說(shuo)到(dao)電(dian)容(rong),各(ge)種(zhong)各(ge)樣(yang)的(de)叫(jiao)法(fa)就(jiu)會(hui)讓(rang)人(ren)頭(tou)暈(yun)目(mu)眩(xuan),旁(pang)路(lu)電(dian)容(rong),去(qu)耦(ou)電(dian)容(rong),濾(lv)波(bo)電(dian)容(rong)等(deng)等(deng),其(qi)實(shi)無(wu)論(lun)如(ru)何(he)稱(cheng)呼(hu),它(ta)的(de)原(yuan)理(li)都(dou)是(shi)一(yi)樣(yang)的(de),即(ji)利(li)用(yong)對(dui)交(jiao)流(liu)信(xin)號(hao)呈(cheng)現(xian)低(di)阻(zu)抗(kang)的(de)特(te)性(xing),這(zhe)一(yi)點(dian)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)電(dian)容(rong)的(de)等(deng)效(xiao)阻(zu)抗(kang)公(gong)式(shi)看(kan)出(chu)來(lai):
Xcap=1/2лfC,
工作頻率越高,電容值越大則電容的阻抗越小。
在電路中,如果電容起的主要作用是給交流信號提供低阻抗的通路,就稱為旁路電容;如果主要是為了增加電源和地的交流耦合,減少交流信號對電源的影響,就可以稱為去耦電容;如果用於濾波電路中,那麼又可以稱為濾波電容;除此以外,對於直流電壓,電容器還(hai)可(ke)作(zuo)為(wei)電(dian)路(lu)儲(chu)能(neng),利(li)用(yong)衝(chong)放(fang)電(dian)起(qi)到(dao)電(dian)池(chi)的(de)作(zuo)用(yong)。而(er)實(shi)際(ji)情(qing)況(kuang)中(zhong),往(wang)往(wang)電(dian)容(rong)的(de)作(zuo)用(yong)是(shi)多(duo)方(fang)麵(mian)的(de),我(wo)們(men)大(da)可(ke)不(bu)必(bi)花(hua)太(tai)多(duo)的(de)心(xin)思(si)考(kao)慮(lv)如(ru)何(he)定(ding)義(yi)。本(ben)文(wen)裏(li),我(wo)們(men)統(tong)一(yi)把(ba)這(zhe)些(xie)應(ying)用(yong)於(yu)高(gao)速(su)PCB設計中的電容都稱為旁路電容。
電容的本質是通交流,隔直流,理論上說電源濾波用電容越大越好。但由於引線和PCB布線原因,實際上電容是電感和電容的並聯電路,(還有電容本身的電阻,有時也不可忽略)。
這就引入了諧振頻率的概念:ω=1/(LC)1/2
在諧振頻率以下電容呈容性,諧振頻率以上電容呈感性。因而一般大電容濾低頻波,小電容濾高頻波。
這也能解釋為什麼同樣容值的STM封裝的電容濾波頻率比DIP封裝更高。至於到底用多大的電容,這是一個參考電容諧振頻率,不過僅僅是參考而已,用老工程師的話說——主要靠經驗。
更可靠的做法是將一大一小兩個電容並聯,一般要求相差兩個數量級以上,以獲得更大的濾波頻段。
一般來講,大電容濾除低頻波,小電容濾除高頻波。電容值和你要濾除頻率的平方成反比。
具體電容的選擇可以用公式C=4Pi*Pi /(R * f * f )
電源濾波電容如何選取,掌握其精髓與方法,其實也不難。
1)理論上理想的電容其阻抗隨頻率的增加而減少(1/jwc),但由於電容兩端引腳的電感效應,這時電容應該看成是一個LC串連諧振電路,自諧振頻率即器件的FSR參數,這表示頻率大於FSR值時,電容變成了一個電感,如果電容對地濾波,當頻率超出FSR後,對幹擾的抑製就大打折扣,所以需要一個較小的電容並聯對地,可以想想為什麼?原因在於小電容,SFR值大,對高頻信號提供了一個對地通路,所以在電源濾波電路中我們常常這樣理解:大電容慮低頻,小電容慮高頻,根本的原因在於SFR(自諧振頻率)值不同,當然也可以想想為什麼?如果從這個角度想,也就可以理解為什麼電源濾波中電容對地腳為什麼要盡可能靠近地了。
2)那麼在實際的設計中,我們常常會有疑問,我怎麼知道電容的SFR是多少?就算我知道SFR值,我如何選取不同SFR值的電容值呢?是選取一個電容還是兩個電容?電容的SFR值和電容值有關,和電容的引腳電感有關,所以相同容值的0402,0603,或直插式電容的SFR值也不會相同,當然獲取SFR值的途徑有兩個,1)器件Data sheet,如22pf0402電容的SFR值在2G左右, 2)通過網絡分析儀直接量測其自諧振頻率,想想如何量測?S21?知道了電容的SFR值後,用軟件仿真,如RFsim99,選一個或兩個電路在於你所供電電路的工作頻帶是否有足夠的噪聲抑製比.仿真完後,那就是實際電路試驗,如調試手機接收靈敏度時,LNA的電源濾波是關鍵,好的電源濾波往往可以改善幾個dB。
說(shuo)的(de)通(tong)俗(su)一(yi)點(dian),把(ba)電(dian)容(rong)當(dang)作(zuo)一(yi)個(ge)正(zheng)在(zai)漏(lou)水(shui)的(de)懷(huai)子(zi),把(ba)交(jiao)流(liu)電(dian)的(de)峰(feng)值(zhi)到(dao)來(lai)時(shi)看(kan)作(zuo)給(gei)懷(huai)子(zi)加(jia)水(shui),在(zai)漏(lou)水(shui)量(liang)相(xiang)等(deng)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia),那(na)麼(me)加(jia)水(shui)次(ci)數(shu)的(de)頻(pin)率(lv)高(gao)就(jiu)多(duo)用(yong)小(xiao)點(dian)的(de)懷(huai)子(zi),這(zhe)樣(yang)就(jiu)能(neng)保(bao)準(zhun)水(shui)位(wei)是(shi)高(gao)的(de),相(xiang)反(fan),在(zai)加(jia)水(shui)次(ci)數(shu)低(di)頻(pin)下(xia)懷(huai)子(zi)小(xiao)了(le),沒(mei)等(deng)第(di)二(er)次(ci)來(lai)水(shui)時(shi)懷(huai)中(zhong)的(de)水(shui)位(wei)已(yi)經(jing)下(xia)降(jiang)好(hao)多(duo)了(le),所(suo)以(yi)要(yao)用(yong)大(da)的(de)水(shui)懷(huai)來(lai)緩(huan)和(he)因(yin)漏(lou)水(shui)造(zao)成(cheng)的(de)水(shui)位(wei)下(xia)降(jiang)。
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