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淺談電源去耦:如何電源去耦?

1.常用于電源去耦的元件組合

(1)不同容值的電容組合:

小容值的電容可以濾除電源線上的高頻噪聲,使電源更加干凈,并且負(fù)責(zé)提供負(fù)載的高頻電流需求。

大電容同樣起到蓄流的作用,響應(yīng)負(fù)載的低頻電流需求,濾除電源線上的低頻波動(dòng)。

理論上,對于任意固定頻率,容值越大的電容阻抗越小。但由于電容本身也有寄生電感,而且往往容值越大寄生電感越大,在高頻處,電容最終都會(huì)顯現(xiàn)出感性,阻抗隨頻率的升高而升高。小電容的轉(zhuǎn)折點(diǎn)(下圖中的阻抗曲線的最低點(diǎn))頻率值較之大電容更大。所以大電容對高頻電流的響應(yīng)特性沒有小電容好。

下圖是不同容值電容的阻抗隨頻率變化的曲線。但是大電容可以響應(yīng)頻率相對較低,電流需求大的電流變化。

(2)不同封裝的電容組合:

普遍來說,貼片電容比直插電容的寄生電感小,長寬比小的比長寬比大的封裝寄生電感?。ㄍ葜担?612的電容比1206電容寄生電感小,高頻特性更好)。

(3)不同種類的電容組合:

貼片陶瓷電容:高頻特性最好,但容值較小,常用的最大容值為10uF。常用于高頻電路的電源濾波去耦。

鉭電解電容:高頻特性較好,相同體積下可以實(shí)現(xiàn)最大的容值。確定是耐壓值較低,容易損壞。

鋁電解電容:高頻特性最差,但是容值最大,可以做到幾千微法。常用于電源入板處的濾波和去耦,此處的電容需要有容量大的特點(diǎn),但對響應(yīng)速度要求不高。

因此,各種類型的電容在電源去耦中擔(dān)當(dāng)?shù)慕巧话闶沁@樣的:陶瓷電容最靠近芯片,負(fù)責(zé)提供負(fù)載高頻的電流需求和噪聲過濾,容值一般幾nF到幾u(yù)F之間。鉭電容和鋁電解電容因?yàn)槿萘看?、響?yīng)速度較慢,一般用于板級的電源去耦和濾波,或者是大功率電路的電源去耦。當(dāng)即要求速度,有要求容量的時(shí)候一般用多個(gè)瓷片電容并聯(lián)或瓷片電容與鉭電容并聯(lián)。選擇鉭電容,耐壓值要留有一定的裕量,因?yàn)殡娫瓷想娝查g一般會(huì)有一定的過沖,容易損壞鉭電容。電源處并聯(lián)上穩(wěn)壓管或TVS管可以抑制過沖,是很有效的解決辦法、

(注:各種電容的ESR、ESL等參數(shù)之間有差異,詳細(xì)可百度華為公司的內(nèi)部資料:無源濾波器件——電容的介紹與深入認(rèn)識(shí))

(4)電容和電感、磁珠的組合:

一般的電源去耦只需要去耦電容即可滿足實(shí)際需求,但對電源質(zhì)量要求很高的模擬電路等,僅僅使用去耦電容可能效果有限,因?yàn)槿缯摬⒙?lián)多少個(gè)電容,都只能形成單個(gè)極點(diǎn),響應(yīng)曲線的滾將速度只有20dB/10倍頻。因此,可以在電源線上串聯(lián)電感或磁珠。這樣可以進(jìn)一步減少電源波動(dòng)對負(fù)載的影響,也能防止一些高噪聲的負(fù)載通過電源線將噪聲耦合到其他敏感的電路上。

2.不同電路中的電源去耦

(1)小**率電路:

模擬電路:

比如信號(hào)處理電路,中常用10uF和100nF貼片瓷片電容去耦。有的時(shí)候受到電路板空間的限制,可以多個(gè)芯片公用一個(gè)10uF的電容,但應(yīng)保證每個(gè)芯片的電源引腳處都就近放置一個(gè)100nF的電容。

高精度的模擬電路中,經(jīng)常放置多個(gè)容值梯度的電容(如10uF、100nF、1nF并聯(lián)),保證去耦電容可以過濾很寬頻率范圍內(nèi)的電源噪聲。并且電源線串聯(lián)磁珠會(huì)進(jìn)一步減小噪聲。

數(shù)字電路:數(shù)字電路工作在高速開關(guān)狀態(tài)下,電源電流變化迅速,并且數(shù)字信號(hào)中有豐富的高頻成分,會(huì)對電源造成干擾,因此常用100nF的貼片陶瓷電容進(jìn)行電源去耦。

電路板的電源入板接口處通常放置容值較大的電解或鉭電容。此用途為電源濾波。

(2)大功率電路:

大功率的電路的電源去耦(如電機(jī)驅(qū)動(dòng)H橋的電源去耦)要用到更大容值的電容,比如470uF甚至幾千微法的電解電容,但是除了用電解電容之外,還需要并聯(lián)上幾個(gè)瓷片的小電容,提高高頻響應(yīng)特性,過濾MOSFET高速開關(guān)因此的電源毛刺。

3.去耦元件的放置原則:

(1)就近原則:

去耦電容應(yīng)盡可能的靠近芯片的電源引腳。減小去耦電容和芯片之間走線的寄生電感,去耦效果更好。

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