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印刷電路板中電容的選擇要領

印制板中有接觸器、繼電器、按鈕等元件時.操作它們時均會產生較大火花放電,必須采用RC吸收電路來吸收放電電流。一般R取1~2kΩ,C取 2.2~4.7μF一般的10PF左右的電容用來濾除高頻的干擾信號,0.1UF左右的用來濾除低頻的紋波干擾,還可以起到穩壓的作用
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系統造成影響的諧波頻率,可以查一下相關廠商的電容資料或者參考廠商提供的資料庫軟件,根據具體 的需要選擇。至于個數就不一定了,看你的具體需要了,多加一兩個也挺好的,暫時沒用的可以先不貼,根據實際的調試情況再選擇容值。如果你PCB上主要工作 頻率比較低的話,加兩個電容就可以了,一個慮除紋波,一個慮除高頻信號。如果會出現比較大的瞬時電流,建議再加一個比較大的鉭電容。

其實 濾波應該也包含兩個方面,也就是各位所說的大容值和小容值的,就是去耦和旁路。原理我就不說了,實用點的,一般數字電路去耦0.1uF即可,用于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 到電容,各種各樣的叫法就會讓人頭暈目眩,旁路電容,去耦電容,濾波電容等等,其實無論如何稱呼,它的原理都是一樣的,即利用對交流信號呈現低阻抗的特 性,這一點可以通過電容的等效阻抗公式看出來: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;如果用于濾波電路 中,那么又可以稱為濾波電容;除此以外,對于直流電壓,電容器還可作為電路儲能,利用沖放電起到電池的作用。而實際情況中,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,我們統一把這些應于高速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。但由于引線和PCB布線原因,實際上電容是電感和電容的并聯電路,(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,這是一個參考

電容諧振頻率

電容值        DIP (MHz)       STM (MHz)

1.0μF                 2.5                      5

0.1μF                  8                      16

0.01μF               25                      50

1000pF              80                     160

100 pF               250                    500

10 pF                 800                 1.6(GHz)

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并聯,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),但由于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,這表示頻率大于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后,對干擾的抑制就大打折扣,所以需要一個較小的電容并 聯對地,可以想想為什么?

原因在于小電容,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,根本的原因在于SFR(自諧振頻率)值不同,當然也可以想想為什么?如果從這個角度想,也就可以理解為什么電源濾波中電容對地腳為什 么要盡可能靠近地了.

2)那么在實際的設計中,我們常常會有疑問,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值后,用軟件仿真,如RFsim99,選一個或兩個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.


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