<p>高速电路设计需要考虑高频和低频两种噪声，针对这两种噪声，应选取不同的滤波电容。“低频噪声选用大电容，高频噪声选用小电容”，这是许多工程师达成的共识。在实际工作中，这种说法并不完全正确。我们将就这一点进行一些探讨，以便加深对电容选型的理解。</p>
<p><strong>1、误区讨论分析</strong></p>
<p>-----在电路应用中，电容是理想的器件。</p>
<p>在低速领域，电容的工作频段较低，可以认为此时的电容是理想器件。但是在高速领域中，电路板上的电容就不能被简单的认为是纯粹的电容了。例如，电路的两端用一个电容C相连时，在低速电路中，电容C两端相当于短路。但在高速电路中，假定工作频率为F，则此时电容的表现的电抗值为1/（2πFC），所以在频率很高的情况下，电容C的电抗值很小，表现为短路。</p>
<p><strong>2、电容等效电路分析</strong></p>
<p>如图1所示，在高速设计领域，电容器件并不是纯粹的电容，而是带有电阻、电感等成分的小电路。 </p>
<p>✦ ESL（等效串联电感）由电容器件的引脚电感和电容器件两级间等效电感串联而成，主要取决于封装。</p>
<p>✦ ESR（等效串联电阻）由电容器件的引脚电阻和电容器件两级间等效电阻构成，主要取决于电容的工作温度、工作频率以及电容本身的导线电阻等。</p>
<p>✦ Rleak则取决于电容器件本身特有的泄漏特性。</p>
<p><img alt="图1电容的等效电路" data-entity-type="file" data-entity-uuid="d3551f51-fc09-4a16-9092-c22b3b962c7d" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE1%E7%94%B5%E5%AE%B9%E7%9A%84%E7%AD%89%E6%95%88%E7%94%B5%E8%B7%AF.JPG" /></p>
<p>图1电容的等效电路</p>
<p><strong>3、电容阻抗随频率变化特性的分析</strong></p>
<p>滤波电容的机制是为噪声等干扰提供一条低阻抗回路，在噪声频率点上，要求滤波电容的阻抗较小。</p>
<p>如图2所示，谐振点即为电容分量和ESL分量对阻抗效果正好抵消的频率点。</p>
<p>✦ 谐振点前时，电容分量起主导作用，此时电容器件的阻抗随频率的升高而逐渐减小，器件表现为电容的阻抗特性，滤波效果增强。</p>
<p>✦ 在谐振点上，电容器件的阻抗最小，等于ESR分量。</p>
<p>✦ 在谐振点后，ESL分量起主导作用，此时电容器件的阻抗随频率的升高而逐渐增大，器件表现为电感的阻抗特性，滤波效果减弱。</p>
<p><img alt="图2 电容器件的阻抗-频率变化曲线" data-entity-type="file" data-entity-uuid="bc57b5d4-4136-4f69-ac87-b477bcbfb6e7" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE2%20%E7%94%B5%E5%AE%B9%E5%99%A8%E4%BB%B6%E7%9A%84%E9%98%BB%E6%8A%97-%E9%A2%91%E7%8E%87%E5%8F%98%E5%8C%96%E6%9B%B2%E7%BA%BF.JPG" /></p>
<p>图2 电容器件的阻抗-频率变化曲线</p>
<p><strong>4、低阻抗频带扩展</strong></p>
<p>高速设计中，噪声的干扰往往不是处在一个频率点上，而是占据一段频带。在实际工作中，准确定位电路上的每一处的噪声频带并不现实，这就要求我们要利用多种不同的电容构造一个比较宽的低阻抗频带，以尽可能的覆盖噪声频带。</p>
<p>如图3所示，用三种电容并联，构成一段比较宽的低阻抗频带。</p>
<p><img alt="图3多种电容构成的低阻抗频带" data-entity-type="file" data-entity-uuid="082464a9-1303-4317-a1cb-ceb85647db12" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE3%E5%A4%9A%E7%A7%8D%E7%94%B5%E5%AE%B9%E6%9E%84%E6%88%90%E7%9A%84%E4%BD%8E%E9%98%BB%E6%8A%97%E9%A2%91%E5%B8%A6.JPG" /></p>
<p>图3多种电容构成的低阻抗频带</p>
<p>案例讨论：如图4所示，在高频电路中1μF+0.01μF是否能展宽低阻抗频带？</p>
<p><img alt="图4 1μF和0.01μF并联滤波" data-entity-type="file" data-entity-uuid="ac9ff680-d28a-40d3-821d-86f71637bb72" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE4%20%201%CE%BCF%E5%92%8C0.01%CE%BCF%E5%B9%B6%E8%81%94%E6%BB%A4%E6%B3%A2.JPG" /></p>
<p>图4 1μF和0.01μF并联滤波</p>
<p>在前面的讨论中，我们知道了电容器件的阻抗—频率曲线由其电容分量和ESL分量共同决定，而ESL分量是由器件的类型和封装决定的。在本例中的两个电容的容值不同，但类型和封装都相同，因此他们的ESL相同。并联后的阻抗—频率曲线如图5所示，这样的组合并不能达到展宽阻抗频带的目的。</p>
<p><img alt="图5 0603封装的1μF和0.01μF电容并联后的阻抗—频率曲线" data-entity-type="file" data-entity-uuid="4cfdf8aa-140a-41bf-8999-dd6199f822e0" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE5%20%200603%E5%B0%81%E8%A3%85%E7%9A%841%CE%BCF%E5%92%8C0.01%CE%BCF%E7%94%B5%E5%AE%B9%E5%B9%B6%E8%81%94%E5%90%8E%E7%9A%84%E9%98%BB%E6%8A%97%E2%80%94%E9%A2%91%E7%8E%87%E6%9B%B2%E7%BA%BF.JPG" /></p>
<p>图5 0603封装的1μF和0.01μF电容并联后的阻抗—频率曲线</p>
<p><strong>5、低频噪声选用大电容，高频噪声选用小电容</strong></p>
<p>如果只考虑电容器件的电容分量，这种说法是正确的，因为电容分量越大，谐振点的频率越低，适合滤出低频噪声；电容分量越小，谐振点的频率越高，适合滤除高频噪声。但如果考虑ESL分量，这种说法则未必正确。正如图5所示，0603封装的0.01μF电容，其阻抗频率曲线完全被0603封装的1μF电容的曲线包含，并没有起到真正的作用。</p>
<p>改进方法：采用0603封装的1μF电容和0402封装的0.01μF电容搭配，并联后的阻抗—频率曲线如图6所示，低阻抗的频带得到了展宽。</p>
<p><img alt="图6 0603封装的1μF和0402封装的0.01μF电容并联后的阻抗—频率曲线" data-entity-type="file" data-entity-uuid="d6d91144-0693-4cc1-83f4-4568f8f53305" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE6%20%200603%E5%B0%81%E8%A3%85%E7%9A%841%CE%BCF%E5%92%8C0402%E5%B0%81%E8%A3%85%E7%9A%840.01%CE%BCF%E7%94%B5%E5%AE%B9%E5%B9%B6%E8%81%94%E5%90%8E%E7%9A%84%E9%98%BB%E6%8A%97%E2%80%94%E9%A2%91%E7%8E%87%E6%9B%B2%E7%BA%BF.JPG" /></p>
<p>图6 0603封装的1μF和0402封装的0.01μF电容并联后的阻抗—频率曲线</p>
<p><strong>6、小结</strong></p>
<p>✦ 电容的阻抗—频率曲线是一种浴盆曲线，曲线的左边取决于电容分量，右边取决于ESL分量。</p>
<p>✦ 滤波电容并联以展宽频带，不仅要考虑电容值搭配，还需要考虑封装搭配。</p>
<p>✦ 多个同型号电容并联时，虽不能展宽低阻抗频带，但可以减小谐振点处的阻抗。</p>
<p>文章来源：<a href="https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5NDA3ODcxMQ==&mid=2656426348&am…;周立功单片机</a></p>