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你知道濾波電容應(yīng)該怎么選嗎?

電源聯(lián)盟 ? 來(lái)源:電源聯(lián)盟 ? 2023-12-06 10:20 ? 次閱讀

一直有個(gè)疑惑:電容感抗是1/jwC,大電容C大,高頻時(shí) w也大,阻抗應(yīng)該很小,不是更適合濾除高頻信號(hào)?

然而事實(shí)卻是:大電容濾除低頻信號(hào)。

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今天找到解答如下:

一般的10PF左右的電容用來(lái)濾除高頻的干擾信號(hào),0.1UF左右的用來(lái)濾除低頻的紋波干擾,還可以起到穩(wěn)壓的作用濾波電容具體選擇什么容值要取決于你PCB上主要的工作頻率和可能對(duì)系統(tǒng)造成影響的諧波頻率,可以查一下相關(guān)廠(chǎng)商的電容資料或者參考廠(chǎng)商提供的資料庫(kù)軟件,根據(jù)具體的需要選擇。

至于個(gè)數(shù)就不一定了,看你的具體需要了,多加一兩個(gè)也挺好的,暫時(shí)沒(méi)用的可以先不貼,根據(jù)實(shí)際的調(diào)試情況再選擇容值。如果你PCB上主要工作頻率比較低的話(huà),加兩個(gè)電容就可以了,一個(gè)慮除紋波,一個(gè)慮除高頻信號(hào)。如果會(huì)出現(xiàn)比較大的瞬時(shí)電流,建議再加一個(gè)比較大的鉭電容

其實(shí)濾波應(yīng)該也包含兩個(gè)方面,也就是各位所說(shuō)的大容值和小容值的,就是去耦和旁路。原理我就不說(shuō)了,實(shí)用點(diǎn)的,一般數(shù)字電路去耦0.1uF即可,用于10M以下;20M以上用1到10個(gè)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(jù)諧振頻率一般為0.1或0.01uF說(shuō)到電容,各種各樣的叫法就會(huì)讓人頭暈?zāi)垦#月冯娙荩ヱ铍娙荩瑸V波電容等等,其實(shí)無(wú)論如何稱(chēng)呼,它的原理都是一樣的,即利用對(duì)交流信號(hào)呈現(xiàn)低阻抗的特性,這一點(diǎn)可以通過(guò)電容的等效阻抗公式看出來(lái):

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(hào)提供低阻抗的通路,就稱(chēng)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(hào)對(duì)電源的影響,就可以稱(chēng)為去耦電容;如果用于濾波電路中,那么又可以稱(chēng)為濾波電容;除此以外,對(duì)于直流電壓,電容器還可作為電路儲(chǔ)能,利用沖放電起到電池的作用。而實(shí)際情況中,往往電容的作用是多方面的,我們大可不必花太多的心思考慮如何定義。本文里,我們統(tǒng)一把這些應(yīng)用于高速PCB設(shè)計(jì)中的電容都稱(chēng)為旁路電容.

電容的本質(zhì)是通交流,隔直流,理論上說(shuō)電源濾波用電容越大越好。但由于引線(xiàn)和PCB布線(xiàn)原因,實(shí)際上電容是電感和電容的并聯(lián)電路,(還有電容本身的電阻,有時(shí)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。

這也能解釋為什么同樣容值的STM封裝的電容濾波頻率比DIP封裝更高。至于到底用多大的電容,這是一個(gè)參考電容諧振頻率。

不過(guò)僅僅是參考而已,用老工程師的話(huà)說(shuō)——主要靠經(jīng)驗(yàn)。

更可靠的做法是將一大一小兩個(gè)電容并聯(lián),一般要求相差兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上,以獲得更大的濾波頻段。一般來(lái)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(shí)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),但由于電容兩端引腳的電感效應(yīng),這時(shí)電容應(yīng)該看成是一個(gè)LC串連諧振電路,自諧振頻率即器件的FSR參數(shù),這表示頻率大于FSR值時(shí),電容變成了一個(gè)電感,如果電容對(duì)地濾波,當(dāng)頻率超出FSR后,對(duì)干擾的抑制就大打折扣,所以需要一個(gè)較小的電容并聯(lián)對(duì)地,可以想想為什么?原因在于小電容,SFR值大,對(duì)高頻信號(hào)提供了一個(gè)對(duì)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,根本的原因在于SFR(自諧振頻率)值不同,當(dāng)然也可以想想為什么?如果從這個(gè)角度想,也就可以理解為什么電源濾波中電容對(duì)地腳為什么要盡可能靠近地了.

2)那么在實(shí)際的設(shè)計(jì)中,我們常常會(huì)有疑問(wèn),我怎么知道電容的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(gè)電容還是兩個(gè)電容?電容的SFR值和電容值有關(guān),和電容的引腳電感有關(guān),所以相同容值的0402,0603,或直插式電容的SFR值也不會(huì)相同,當(dāng)然獲取SFR值的途徑有兩個(gè),1)器件Data sheet,如22pf0402電容的SFR值在2G左右, 2)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分析儀直接量測(cè)其自諧振頻率,想想如何量測(cè)?S21?知道了電容的SFR值后,用軟件仿真,如RFsim99,選一個(gè)或兩個(gè)電路在于你所供電電路的工作頻帶是否有足夠的噪聲抑制比.仿真完后,那就是實(shí)際電路試驗(yàn),如調(diào)試手機(jī)接收靈敏度時(shí),LNA的電源濾波是關(guān)鍵,好的電源濾波往往可以改善幾個(gè)dB.

說(shuō)的通俗一點(diǎn),把電容當(dāng)作一個(gè)正在漏水的懷子,把交流電的峰值到來(lái)時(shí)看作給懷子加水,在漏水量相等的情況下,那么加水次數(shù)的頻率高就多用小點(diǎn)的懷子,這樣就能保準(zhǔn)水位是高的,相反,在加水次數(shù)低頻下懷子小了,沒(méi)等第二次來(lái)水時(shí)懷中的水位已經(jīng)下降好多了,所以要用大的水懷來(lái)緩和因漏水造成的水位下降。







審核編輯:劉清

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原文標(biāo)題:作為工程師你知道濾波電容應(yīng)該怎么選嗎???

文章出處:【微信號(hào):Power-union,微信公眾號(hào):電源聯(lián)盟】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。

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