1、電容 一、電容的應(yīng)用： （一）電容在電源上的主要用途：去耦、旁路和儲能。 （二）電容的使用可以解決很多EMC問題。二、電容分類（一）按材質(zhì)分1.鋁質(zhì)電解電容通常是在絕緣薄層之間以螺旋狀繞纏金屬箔而制成，這樣可以在電位體積內(nèi)得到較大的電容值，但也使得該部分的內(nèi)部感抗增加。2.鉭電容由一塊帶直板和引腳連接點(diǎn)的絕緣體制成，其內(nèi)部感抗低于鋁電解電容。3.陶瓷電容結(jié)構(gòu)是在陶瓷絕緣體中包含多個平行的金屬片。其主要寄生為片結(jié)構(gòu)的感抗，并且低于MHz的區(qū)域造成阻抗。 應(yīng)用描述： 鋁質(zhì)電解電容和鉭電解電容適用于低頻終端，主要是存儲器和低頻濾波器領(lǐng)域。 

2、在中頻范圍內(nèi)（從KHz到MHz），陶質(zhì)電容比較適合,常用于去耦電路和高頻濾波.特殊的低損耗陶質(zhì)電容和云母電容適合月甚高頻應(yīng)用和微波電路。 為了得到最好的EMC特性，電容具有低的ESR（等效串聯(lián)電阻）值是很重要的，因?yàn)樗鼤π盘栐斐纱蟮乃p，特別是在應(yīng)用頻率接近電容諧振頻率場合（二）按作用分類1.旁路電容  電源的第一道抗噪防線是旁路電容。主要是通過產(chǎn)生AC旁路，消除不想要的RF能量，避免干擾敏感電路。 通過儲存電荷抑制電壓降并在有電壓尖峰產(chǎn)生時放電，旁路電容消除了電源電壓的波動。旁路電容為電源建立了一個對地低阻抗通道，在很寬頻率范圍內(nèi)都可具有上述抗噪功能

3、。      要選擇最合適的旁路電容，我們要先回答四個問題：    （1）需要多大容值的旁路電容     （2）如何放置旁路電容以使其產(chǎn)生最大功效     （3）要使我們所設(shè)計的電路/系統(tǒng)要工作在最佳狀態(tài)， 應(yīng)選擇何種類型的旁路電容？     （4）隱含的第四個問題-所用旁路電容采用什么樣的封裝最合適？（這取決于電容大小、電路板空間以及所

4、選電容的類型。） 其中第二個問題最容易回答，旁邊電容應(yīng)盡可能靠近每個芯片電源引腳來放置。距離電源引腳越遠(yuǎn)就等同于增加串聯(lián)電感，這樣會降低旁路電容的自諧振頻率（使有效帶寬降低）。     通常旁路電容的值都是依慣例或典型值來選取的。例如，常用的容值是1F和0.1F。簡單的說，將大電容作為低頻和大電流電路的旁路，而小電容作為高頻旁路。 旁路電容主要功能是產(chǎn)生一個交流分路，從而消去進(jìn)入易感區(qū)的那些不需要的能量。旁路電容一般作為高頻旁路電容來減小對電源模塊的瞬態(tài)電流需求。通常鋁電解電容和膽電容比較適合作旁路電容，其電容值取決于PCB

5、板上的瞬態(tài)電流需求，一般在10至470F范圍內(nèi)。若PCB板上有許多集成電路、高速開關(guān)電路和具有長引線的電源，則應(yīng)選擇大容量的電容。2.去耦電容去耦電容主要是去除高頻如RF信號的干擾，干擾的進(jìn)入方式是通過電磁輻射。而實(shí)際上，芯片附近的電容還有蓄能的作用，這是第二位的。主要是為器件提供信號狀態(tài)在高速切換時所需要的瞬間電流，避免射頻能量進(jìn)入配電網(wǎng)絡(luò)，為器件提供局部化的直流電壓源。去耦電容一般都采用高速電容。     高頻器件在工作的時候，其電流是不連續(xù)的，而且頻率很高，而器件VCC到總電源有一段距離，即便距離不長，在頻率很高的情況下，阻抗Zi*wL+

6、R，線路的電感影響也會非常大，會導(dǎo)致器件在需要電流的時候，不能被及時供給。而去耦電容可以彌補(bǔ)此不足，這也是為什么很多電路板在高頻器件VCC管腳處放置小電容的原因。（在vcc引腳上通常并聯(lián)一個去藕電容，這樣交流分量就從這個電容接地。） 有源器件在開關(guān)時產(chǎn)生的高頻開關(guān)噪聲將沿著電源線傳播。去耦電容主要功能是提供一個局部的直流電源器件，以減少開關(guān)噪聲在板上的傳播和噪聲引導(dǎo)到地。在直流電源回路中，負(fù)載的變化會引起電源噪聲。實(shí)際上，旁路電容和去耦電容都應(yīng)盡可能的靠近電源輸入處以幫助濾除高頻噪聲。去耦電容的取值大約是旁路電容的1/100到1/1000。為了得到更好的EMC特性，去耦電容還應(yīng)盡可能

7、地靠近每個集成塊（IC），因?yàn)椴季€阻抗將減小去耦電容的效力。陶瓷電容常被用來去耦，其值決定于最快信號的上升時間和下降時間。例如，對一個 33MHz的時鐘信號，可使用4.7nF到100nF的電容；對一個100MHz時鐘信號，可使用10nF的電容。選擇去耦電容時，除了考慮電容值外，ESR值也會影響去耦能力。為了去耦，應(yīng)該選擇ESR值低于1歐姆的電容。     去耦電容的選用并不嚴(yán)格，可按C=1/F，即10MHz取0.1F，100MHz取0.01F。     去除在器件切換時從高頻器件進(jìn)入到

8、配電網(wǎng)絡(luò)中的RF能量。去耦電容還可以為器件供局部化的DC電壓源，它在減少跨板浪涌電流方面特別有用。 例如在數(shù)字電路中，當(dāng)電路從一個狀態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種狀態(tài)時，就會在電源線上產(chǎn)生一個很大的尖峰電流， 形成瞬變的噪聲電壓。配置去耦電容可以抑制因負(fù)載變化而產(chǎn)生的噪聲，是印制電路板的可靠性設(shè)計的一種常規(guī)做法，配置原則如下：  （1）電源輸入端跨接一個10100uF 的電解電容器，如果印制電路板的位置允許，采用100uF 以上的電解電容器的抗干擾效果會更好。  （2）為每個集成電路芯片配置一個0.01uF 的陶瓷電容器

9、。如遇到印制電路板空間小而裝不下時，可每410 個芯片配置一個110uF 鉭電解電容器，這種器件的高頻阻抗特別小，在500kHz20MHz 范圍內(nèi)阻抗小于1，而且漏電流很小（0.5uA 以下）。 例：10nF的去耦電容，在1GHz頻率時的阻抗為多少？ Xc=1/c=1/2f*c=1/2*3.14*1GHz*10nF=0.016. 儲能電容，主要用于保持器件DC電壓和電流恒定。儲能電容一般采用10uF的電解電容或鉭電容。3.濾波電容濾波電容用在電源整流電路中，用來濾除交流成分。使輸出的直流更平滑。4.旁路電容和去耦電容的區(qū)別旁

10、路電容用在有電阻連接時，接在電阻兩端使交流信號順利通過。 高頻旁路電容一般比較小，根據(jù)諧振頻率一般是0.1u，0.01u等，而去耦合電容一般比較大，是10u或者更大. 去耦電容用在放大電路中不需要交流的地方，用來消除自激，使放大器穩(wěn)定工作。 旁路：從元件或電纜中轉(zhuǎn)移出不想要的共模RF能量。這主要是通過產(chǎn)生AC旁路消除無意的能量進(jìn)入敏感的部分，另外還可以提供基帶濾波功能（帶寬受限）。 我們經(jīng)常看到在電源和地之間連接著去耦電容，它有三個方面的作用：一是作為本集成電路的蓄能電容；二是濾除該器件產(chǎn)生的高頻噪聲，切斷其通過供電回路進(jìn)行傳播的通路；三是防止電源攜帶的

11、噪聲對電路構(gòu)成干擾。 在電子電路中，去耦電容和旁路電容都是起到抗干擾的作用，電容所處的位置不同，稱呼就不一樣了。對于同一個電路來說，旁路（bypass）電容是把輸入信號中的高頻噪聲作為濾除對象，把前級攜帶的高頻雜波濾除，而去耦（decoupling）電容也稱退耦電容，是把輸出信號的干擾作為濾除對象。 去耦電容的引線不能過長，特別是高頻旁路電容不能帶引線。 說到電容，各種各樣的叫法就會讓人頭暈?zāi)垦＃月冯娙荩ヱ铍娙荩瑸V波電容等等，其實(shí)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(xiàn)低阻抗的特性，這一點(diǎn)可以通過電容的等效阻抗公式看出來：Xcap=1/2fC，工

12、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(shí)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(tǒng)一把這些應(yīng)用于高速PCB設(shè)計中的電容都稱為旁路電容. 兩者的區(qū)別：  從電路來說，總是存在驅(qū)動的源和被驅(qū)動的負(fù)載。如果負(fù)載電容比較大，驅(qū)動電路要把電容充電、放電

13、，才能完成信號的跳變，在上升沿比較陡峭的時候，電流比較大，這樣驅(qū)動的電流就會吸收很大的電源電流，由于電路中的電感，電阻（特別是芯片管腳上的電感，會產(chǎn)生反彈），這種電流相對于正常情況來說實(shí)際上就是一種噪聲，會影響前級的正常工作。這就是耦合。去藕電容就是起到一個電池的作用，滿足驅(qū)動電路電流的變化，避免相互間的耦合干擾。 旁路電容實(shí)際也是去藕合的，只是旁路電容一般是指高頻旁路，也就是給高頻的開關(guān)噪聲提高一條低阻抗泄防途徑。高頻旁路電容一般比較小，根據(jù)諧振頻率一般是0.1u，0.01u等，而去耦合電容一般比較大，是10u或者更大，依據(jù)電路中分布參數(shù)，以及驅(qū)動電流的變化大小來確定。 

14、  旁路是把輸入信號中的干擾作為濾除對象，而去耦是把輸出信號的干擾作為濾除對象，防止干擾信號返回電源。這應(yīng)該是他們的本質(zhì)區(qū)別。 在一個大的電容上還并聯(lián)一個小電容的原因     大電容由于容量大，所以體積一般也比較大，且通常使用多層卷繞的方式制作，這就導(dǎo)致了大電容的分布電感比較大（也叫等效串聯(lián)電感，英文簡稱ESL）。大家知道，電感對高頻信號的阻抗是很大的，所以，大電容的高頻性能不好。而一些小容量電容則剛剛相反，由于容量小，因此體積可以做得很小（縮短了引線，就減小了ESL，因?yàn)橐欢螌?dǎo)線也可以看成是一個電感的），而且常使

15、用平板電容的結(jié)構(gòu)，這樣小容量電容就有很小ESL這樣它就具有了很好的高頻性能，但由于容量小的緣故，對低頻信號的阻抗大。所以，如果我們?yōu)榱俗尩皖l、高頻信號都可以很好的通過，就采用一個大電容再并上一個小電容的方式。常使用的小電容為0.1uF的瓷片電容，當(dāng)頻率更高時，還可并聯(lián)更小的電容，例如幾pF，幾百pF的。而在數(shù)字電路中，一般要給每個芯片的電源引腳上并聯(lián)一個0.1uF的電容到地（這個電容叫做退耦電容，當(dāng)然也可以理解為電源濾波電容,越靠近芯片越好），因?yàn)樵谶@些地方的信號主要是高頻信號，使用較小的電容濾波就可以了。LC 電路 PCB 設(shè)計中模擬電源處的濾波經(jīng)常是用LC&#

16、160;電路。但是為什么有時LC 比RC 濾波效果差？  答：LC 與RC 濾波效果的比較必須考慮所要濾掉的頻帶與電感值的選擇是否恰當(dāng)。因?yàn)殡姼械母锌?reactance)大小與電感值和頻率有關(guān)。如果電源的噪聲頻率較低，而電感值又不夠大，這時濾波效果可能不如RC。但是，使用RC 濾波要付出的代價是電阻本身會耗能，效率較差，且要注意所選電阻能承受的功率。 請問怎樣才能去除IC 中的電磁干擾？  答：IC 受到的電磁干擾，主要是來自靜電（ESD）。解決IC 免受ESD&

17、#160;干擾， 一方面在布板時候要考慮ESD（以及EMI）的問題，另一方面要考慮增加器件進(jìn)行ESD 保護(hù)。目前有兩種器件：壓敏電阻（Varistor）和瞬態(tài)電壓抑制器TVS （Transient Voltage Suppressor）。前者由氧化鋅構(gòu)成，響應(yīng)速度相對慢，電壓抑制相對差，而且每受一次ESD 沖擊，就會老化，直到失效。而TVS 是半導(dǎo)體制成，響應(yīng)速度快，電壓抑制好，可以無限次使用。從成本角度看，壓敏電阻成本要比TVS 低。 設(shè)計屏蔽機(jī)箱時，根據(jù)哪些因素選擇屏蔽材料？ 答：從電磁屏蔽

18、的角度考慮，主要要考慮所屏蔽的電場波的種類。對于電場波、平面波或頻率較高的磁場波，一般金屬都可以滿足要求，對于低頻磁場波， 要使用導(dǎo)磁率較高的材料。 電磁兼容性設(shè)計  電磁兼容性是指電子設(shè)備在各種電磁環(huán)境中仍能夠協(xié)調(diào)、有效地進(jìn)行工作的能力。電磁兼容性設(shè)計的目的是使電子設(shè)備既能抑制各種外來的干擾，使電子設(shè)備在特定的電磁環(huán)境中能夠正常工作，同時又能減少電子設(shè)備本身對其它電子設(shè)備的電磁干擾。  （1）選擇合理的導(dǎo)線寬度：由于瞬變電流在印制線條上所產(chǎn)生的沖擊干擾主要是由印制導(dǎo)線的電感成分造成的，因此應(yīng)盡量減小印制導(dǎo)線的電感量。印制導(dǎo)線的電感量

19、與其長度成正比，與其寬度成反比，因而短而精的導(dǎo)線對抑制干擾是有利的。時鐘引線、行驅(qū)動器或總線驅(qū)動器的信號線常常載有大的瞬變電流， 印制導(dǎo)線要盡可能地短。對于分立組件電路，印制導(dǎo)線寬度在1.5mm 左右時， 即可完全滿足要求；對于集成電路，印制導(dǎo)線寬度可在0.21.0mm 之間選擇。  （2）采用正確的布線策略：采用平等走線可以減少導(dǎo)線電感，但導(dǎo)線之間的互感和分布電容增加，如果布局允許，最好采用井字形網(wǎng)狀布線結(jié)構(gòu)，具體做法是印制板的一面橫向布線，另一面縱向布線，然后在交叉孔處用金屬化孔相連。為了抑制印制板導(dǎo)線之間的串?dāng)_，在設(shè)計布線時應(yīng)盡量避免長距離的平等走線。  5.4 印制電路板的尺寸與器件的布置  印制電路板大小要適中，過大時印制線條長，阻抗增加，不僅抗噪聲能力下降，成本也高；過小，則散熱不好，同時易受臨近線條干擾。在器件布置方面與其它邏輯電路一樣，應(yīng)把相互有關(guān)的器件盡量放得靠近些，這樣可以獲得較好的抗噪聲效果。時鐘發(fā)生器、晶振和CPU 的時鐘輸入端都易產(chǎn)生噪聲，要相互靠近些。易產(chǎn)生噪聲的器件、小電流