数位电路运行稳定可靠,电源必须“干净”,且能量补充必须及时,即滤波去耦必须好。滤波去耦,简单的说,就是当芯片不需要电流时储存能量,当芯片需要电流时及时补充能量。有人看到这里会说,这一职责不是DC/DC,LDO?是的,低频时也能处理好,但是高速数字系统就不同了。
首先看一下电容,它的作用简单来说就是储存电荷。众所周知,电源中要加入电容滤波器,每个芯片的电源脚上要放一个0.1uF的电容滤波器。然而,如何才能使某些晶片的电源脚旁边的电容值为0.1uF或0.01uF,有什么讲究呢?
为了理解这条通道,我们需要理解电容的实际特性。一个理想的电容就是一个电荷的存储器,也就是C,但实际上产生的电容并不简单。图1显示了我们在分析电源完整性时常用的电容模型。
图片1
在图1中,ESR为串联的电容等值电阻,ESL为电容的等值电感,C为理想电容。电容的制造工艺及材料决定了ESR和ESL无法消除。那么这两件事是如何影响电路的?静电干扰会影响电源纹波,静电干扰会影响电容的频率特性。
要知道:
容量的容抗
zc=1/ωc
电感的感抗
zl=omegaL,omega2=2πf
真实容量的复阻抗是:
z=ESR+jωL-1/jωC
=ESR+j2πfl-1/j2πfc
可以看出,当频率很低时,是电容在起作用,而频率高到一定程度时,电感的作用不能被忽略;再高时,电感起主导作用,电容失去滤波作用。因此,请记住,在高频情况下,电容并不只是电容。图2中显示了实际电容滤波曲线。
图二
上述电容的等效串电感是由电容的制造工艺和材料来确定的。贴片陶瓷电容的实际值,ESL从零点几nH到几nH不等,封装越小ESL越小。
如图2所示,电容的滤波曲线并非平坦的,而是‘V’形,即具有频率选择特性。有时我们想要它越平坦越好(一级滤波),有时我们想要它越尖越好(滤波或陷波)。
电容的质量因子Q对此有影响:
Q=1/ωCESR
当ESR越大时,Q越小,曲线变平;反之,ESR越小,Q越大,曲线变尖。
一般钽电容与铝电解有较小的ESL,ESR较大,因此钽电容与铝电解具有较宽的有效频率范围,非常适用于板级前级滤波。这就是说,在DC/DC或LDO的输入级,通常要用大容量的钽电容来过滤。并且在芯片附近放上一些10uF和0.1uF的电容来消除耦合,陶瓷电容的ESR非常低。
这么说吧,在靠近晶片的管脚附近放0.1uF到底是0.01uF?以下列出供大家参考。
频段/Hz。
容量取值
DC-100K
钽电容或铝电解大于10uF。
100千克。
100nF(0.1uF)陶瓷容量
十米至一百米。
十nF(0.01uF)陶瓷容量
大于100M。
一nF(0.001uF)陶瓷电容,电路板与地面之间的电源电容。
因此,以后再也看不到放0.1uF的电容了,在一些高速系统中,这些0.1uF的电容根本无法工作。
【本文标签】 IC芯片 1UF电容 芯片周边不放电容
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