電容應(yīng)用知識(shí)精髓

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1、電容應(yīng)用知識(shí)精髓電源完整性設(shè)計(jì)(15)電容的去耦半徑電容的去耦半徑電容去耦的一個(gè)重要問題是電容的去耦半徑。大多數(shù)資料屮都會(huì)提到電容擺放要盡量靠近芯片，多數(shù)資料都是從減小回路電感的角度來(lái)談這個(gè)擺放距離問題。確實(shí)，減小電感是一個(gè)重要原因，但是還有一個(gè)重要的原因大多數(shù)資料都沒有提及，那就是電容去耦半徑問題。如果電容擺放離芯片過(guò)遠(yuǎn)，超出了它的去耦半徑，電容將失去它的去耦的作用。理解去耦半徑最好的辦法就是考察噪聲源和電容補(bǔ)償電流之間的相位關(guān)系。當(dāng)芯片對(duì)電流的需求發(fā)生變化時(shí)，會(huì)在電源平面的一個(gè)很小的局部區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生電壓擾動(dòng)，電容要補(bǔ)償這一電流(或電

2、壓)，就必須先感知到這個(gè)電壓擾動(dòng)。信號(hào)在介質(zhì)中傳播需要一定的吋間，因此從發(fā)生局部電壓擾動(dòng)到電容感知到這一擾動(dòng)之間有一個(gè)時(shí)間延遲。同樣，電容的補(bǔ)償電流到達(dá)擾動(dòng)區(qū)也需要一個(gè)延遲。因此必然造成噪聲源和電容補(bǔ)償電流之間的相位上的不一致。特定的電容，對(duì)與它口諧振頻率相同的噪聲補(bǔ)償效果最好，我們以這個(gè)頻率來(lái)衡量這種相位關(guān)系。設(shè)自諧振頻率為f,對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)為丸，補(bǔ)償電流表達(dá)式可寫為：Z=At*其中，A是電流幅度，R為需要補(bǔ)償?shù)膮^(qū)域到電容的距離，C為信號(hào)傳播速度。當(dāng)擾動(dòng)區(qū)到電容的距離達(dá)到**時(shí)，補(bǔ)償電流的相位為汀，和噪聲源相位剛好差180度，即完全反相。

3、此時(shí)補(bǔ)償電流不再起作用，去耦作用失效，補(bǔ)償?shù)哪芰繜o(wú)法及吋送達(dá)。為了能有效傳遞補(bǔ)償能量，應(yīng)使噪聲源和補(bǔ)償電流的相位差盡可能的小，最好是同相位的。距離越近，相位差越小，補(bǔ)償能量傳遞越多，如果距離為0,則補(bǔ)償能量百分之百傳遞到擾動(dòng)區(qū)。這就要求噪聲源距離電容盡可能的近，要遠(yuǎn)小于劉4。實(shí)際應(yīng)用屮，這一距離最好控制在“J小°＜心卜＞之間，這是-個(gè)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。例如：0.00luF陶瓷電容，如果安裝到電路板上后總的寄生電感為1.6nH,那么其安裝后的諧振頻率為125.8MHz,諧振周期為7.95pso假設(shè)信號(hào)在電路板上的傳播速度為166ps/inch,

4、則波長(zhǎng)為47.9英寸。電容去耦半徑為47.9/50=0.958英寸，大約等于2.4厘米。本例中的電容只能對(duì)它周圍2.4厘米范圍內(nèi)的電源噪聲進(jìn)行補(bǔ)償，即它的去耦半徑2.4厘米。不同的電容，諧振頻率不同，去耦半徑也不同。對(duì)于大電容，因?yàn)槠渲C振頻率很低，對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)非常長(zhǎng)，因而去耦半徑很大，這也是為什么我們不太關(guān)注大電容在電路板上放置位置的原因。對(duì)于小電容，因去耦半徑很小，應(yīng)盡可能的靠近需要去耦的芯片，這正是大多數(shù)資料上都會(huì)反復(fù)強(qiáng)調(diào)的，小電容要盡可能近的靠近芯片放置。電源完整性設(shè)計(jì)(13)ESR對(duì)反諧振的影響ESR對(duì)反諧振(Anti?Reso

5、nance)的影響Anti-Resonance給電源去耦帶來(lái)麻煩，但幸運(yùn)的是，實(shí)際情況不會(huì)像圖12顯示的那么糟糕。實(shí)際電容除了LC之外，還存在等效串聯(lián)電阻ESR。因此，反諧振點(diǎn)處的阻抗也不會(huì)是無(wú)限大的。實(shí)際上，對(duì)以通過(guò)計(jì)算得到反諧振點(diǎn)處的阻抗為SSR爐￡=+222SK現(xiàn)代工藝生產(chǎn)的貼片電容，等效串聯(lián)阻抗很低，因此就有辦法控制電容并聯(lián)去耦時(shí)反諧振點(diǎn)處的阻抗。等效串聯(lián)電阻ESR使整個(gè)電源分配系統(tǒng)的阻抗特性趨于平坦。其中，X為反諧振點(diǎn)處單個(gè)電容的阻抗虛部(均相等)。電源完整性設(shè)計(jì)(12)不同容值電容的并聯(lián)時(shí)間:20

6、09-04-1323:26來(lái)源:未知作者:于博士點(diǎn)擊：3353次不同容值電容的并聯(lián)與反諧振(Anti-Resonance)容值不同的電容具有不同的諧振點(diǎn)。圖II畫出了兩個(gè)電容阻抗隨頻率變化的曲線。rrequetKv(llz)〈!--[endif]-->圖11兩個(gè)不同電容的阻抗曲線左邊諧振點(diǎn)之前，兩個(gè)電容都呈容性，右邊諧振點(diǎn)后，兩個(gè)電容都呈感性。在兩個(gè)諧振點(diǎn)Z間，阻抗曲線交叉，在交叉點(diǎn)處，左邊曲線代表的電容呈感性，而右邊曲線代表的電容呈容性，此時(shí)相當(dāng)于LC并聯(lián)電路。對(duì)于LC并聯(lián)電路來(lái)說(shuō)，當(dāng)L和C上的電抗相等時(shí)，發(fā)生并聯(lián)諧振。因此，兩條曲

7、線的交叉點(diǎn)處會(huì)發(fā)生并聯(lián)諧振，這就是反諧振效應(yīng)，該頻率點(diǎn)為反諧振點(diǎn)。LogFrequency圖12不同容值電容并聯(lián)后阻抗曲線兩個(gè)容值不同的電容并聯(lián)后，阻抗曲線如圖12所示。從圖12中我們可以得出兩個(gè)結(jié)論:a不同容值的電容并聯(lián)，其阻抗特性曲線的底部要比圖10阻抗曲線的底部平坦得多（雖然存在反諧振點(diǎn)，有一個(gè)阻抗尖峰），因而能更有效地在很寬的頻率范圍內(nèi)減小阻抗。b在反諧振（An（i-Resonance）點(diǎn)處，并聯(lián)電容的阻抗值無(wú)限大，高于兩個(gè)電容任何一個(gè)單獨(dú)作用吋的阻抗。并聯(lián)諧振或反諧振現(xiàn)象是使用并聯(lián)去耦方法的不足Z處。在并聯(lián)電容去耦的電路中，

8、雖然大多數(shù)頻率值的噪聲或信號(hào)都能在電源系統(tǒng)中找到低阻抗冋流路徑，但是對(duì)于那些頻率值接近反諧振點(diǎn)的，由于電源系統(tǒng)表現(xiàn)出的高阻抗，使得這部分噪聲或信號(hào)能量無(wú)法在電源分配系統(tǒng)中找到回流路徑，最終會(huì)從PCB±發(fā)射出去（空氣也是一