您知道数字电路需要稳定可靠地工作吗?如何确定电源滤波器电路上的电容器?我们可以在电源滤波器电路上看到各种电容器,具有100uF,10uF,100nF和10nF的不同电容值。
那么如何确定这些参数呢?数字电路必须稳定且可靠地操作,电源必须“干净”,并且必须及时补充能量,即滤波和去耦必须良好。
什么是滤波器去耦?简而言之,当芯片不需要电流时,它会存储能量;当您需要电流时,我可以及时补充能量。
不要告诉我,此责任不属于DCDC和LDO吗?是的,它们可以在低频下处理,但是高速数字系统却有所不同。
我们先来看一下电容器。
电容器的功能仅仅是存储电荷。
众所周知,电源中需要进行电容器滤波,并且在每个芯片的电源引脚上放置了一个0.1uF的电容器以进行去耦。
等等,为什么我看到某些板载芯片电源引脚旁边的电容器是0.1uF或0.01uF,这是什么意思?要了解这一点,有必要了解电容器的实际特性。
理想的电容器只是电荷存储,即C。
实际制造的电容器并非如此简单。
下图显示了我们在分析电源完整性时常用的电容器模型。
在图中,ESR是电容器的串联等效电阻,ESL是电容器的串联等效电感,C是实际的理想电容器。
ESR和ESL由电容器的制造工艺和材料决定,无法消除。
这两件事对电路有什么影响? ESR影响电源的纹波,ESL影响电容器的滤波器频率特性。
我们知道电容器Zc = 1 /ωC的电容电抗,电感Zl =ωL的电感电抗(ω=2πf),实际电容器的复阻抗为Z = ESR +jωL-1/jωC= ESR +j2πfL-1 /j2πfC。
可以看出,当频率非常低时,电容起着作用,而当频率高到一定水平时,电感的作用不容忽视,而电感起着作用。
频率高时起主导作用。
电容器失去滤波功能。
因此请记住,电容器不仅是高频电容器。
实际电容器的滤波曲线如下图所示。
请参考上图。
我们想要的最佳滤波效果是在“谷”的底部,该谷是曲线凹陷的点。
此时,过滤效果良好。
当我们的芯片IC内部的逻辑门处于10-50Mhz的范围内执行时,芯片内部产生的干扰也为10-50Mhz(例如51单片机),请仔细观察图中的曲线上面的0.1uF电容器(有两种类型,一种是插入式,另一种是粘贴式)薄膜的底部恰好在此范围内,因此可以滤除此频带中的干扰,但是请看清楚,是的,但是当频率很高(50-100Mhz)时,情况并非如此。
此时,0.1uF电容器的滤波效果不如0.01uF,依此类推,更高频率,所选择的滤波电容器的幅值将变小。
如上所述,电容器的等效串联电感取决于电容器的制造工艺和材料,实际SMD陶瓷电容器的ESL仅为十分之几。
nH至几nH。
封装越小,ESL越小。
在电容器的滤波曲线上方,我们还可以看到它不是平坦的。
它就像一个“ V”,这意味着它具有频率选择特性。
当时,我们希望它尽可能平坦(以前的板级过滤)。
有时希望越锐利越好(过滤或刻痕)。
影响该特性的是电容器的品质因数Q,Q = 1 /ωCESR。
ESR越大,Q越小,曲线越平坦。
相反,ESR越小,Q越大,曲线越锐利。
通常钽电容器和铝电解的ESL较小,但ESR较大,因此钽电容器和铝电解的有效频率范围很宽,非常适合以前的板级滤波。
也就是说,在DCDC或LDO的输入级中,通常使用较大容量的钽电容器进行滤波。
并在芯片附近放置一些10uF和0.1uF电容器以进行去耦,陶瓷电容器的ESR极低。
说了这么多,无论我们在芯片的引脚附近放置0.1uF还是0.01uF,下面列出的内容供您参考。
频率范围(HZ)