低頻選大電容,高頻選小電容?
????為什么我們常用1u+0.1u的電容來退耦呢?
????下面我們先來討論電容本身的等效電路,我們都知道電容有三個重要的寄生參數(shù),即ESL(寄生電感)、ESR(寄生電阻)與Rleak(漏電阻),等效電路如下圖所示:
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? ? 其中ESL主要由元件引腳電感以及元件兩極間的等效電感組成,也就是說,它的大小取決于封裝;ESR主要由電阻本身工藝導(dǎo)致,所以會受溫度、工作頻率等影響;Rleak取決于電容本身的泄露特性。
????那么從上圖可以看到,電容和電感串聯(lián)到了同一個電路上面,顯然,當(dāng)頻率到達(dá)某個值時,將會發(fā)生串聯(lián)諧振,在這個諧振點(diǎn)時整個電路的阻抗最小,也就是說實(shí)際電容的阻抗最小,如下圖所示為電容(0603、100nF、±5%、25V、X7R、MLCC)的頻率與阻抗的關(guān)系,其中左邊的曲線取決于電容本身的容值,頻率越高阻抗越小,右邊部分的曲線取決于電容的ESL,頻率越高阻抗越大,由此可見,當(dāng)C和ESL越大,諧振頻率越低(即所謂的低頻選擇大電容)。
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? ? 對于電容本身特性有所了解后,我們需要先對“退耦”的實(shí)際進(jìn)行分析,退耦實(shí)際上就是給高頻信號提供一個到地的低阻抗回路,從而避免高頻信號對于我們供電的影響,既然這樣,那電容的阻抗顯然越低越好,即最好可以達(dá)到電容的諧振點(diǎn),但是又由于噪聲并不是一個固定的頻率點(diǎn),而是一個頻帶,所以實(shí)際時就要盡可能構(gòu)成一段比較寬的低阻抗頻帶。
????現(xiàn)在問題又回到了開始,既然要構(gòu)成低阻抗頻帶,又說“低頻選大電容,高頻選小電容”,那不就是1u+0.1u嗎,接下來我們將分析我們常用的1u+0.1u的方式能不能構(gòu)成低阻抗“頻帶”。
????由上文我們可以知道電容的頻帶與ESL和C有關(guān),但是ESL主要由封裝決定,而我們常用兩個0603電容作為退耦電容,如圖為0603封裝的1uF電容的曲線:
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可以看到,兩個電容的諧振點(diǎn)很好的分開了,所以這兩個電容可以構(gòu)成一個需要的低阻抗頻帶(需要注意頻率較低時電容阻抗較大)。
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一點(diǎn)點(diǎn)想法:
????本來我寫這個稿子是因為我看到了一本書,書上論述了封裝和電容值對于諧振點(diǎn)的影響,得出的結(jié)論是需要使用兩個不同封裝的電容才能現(xiàn)成一個好的低阻抗頻帶,作者認(rèn)為同樣封裝、不同容值的電容的頻帶是重疊的,只會降低這一小段的等效阻抗(兩個電容并聯(lián)),但是實(shí)際上顯然不是。
????下圖為0402封裝的100nF的電容,除了封裝以外,其余參數(shù)基本與圖 2的電容相同,按照前文所示作者的想法,這兩個電容應(yīng)該有較大區(qū)別,然而實(shí)際上差別并不大:
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? ? 由上圖可看出,雖然封裝不同會導(dǎo)致ESL不同,但是ESL相對于電容值來說還是太小了,幾乎不會對阻抗曲線產(chǎn)生什么影響。
????我的曲線由AVX官網(wǎng)提供的SpiCAP得到,如果上文有錯漏之處,請大家指出,謝謝。