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高速电路中电容的选型和应用——详解

一、常见问题的例子

二、电容的作用及分析

1、电容的作用

2.电容器等效电路

3.滤波电容阻抗随频率变化

三、常用电容及其应用要点

1、陶瓷电容器

2、钽电容

3.铝电解电容

4、OSCON电容


它在高速电路设计中非常重要,是最常见、最容易被忽视的设备。很多时候,单板设置的失败是由电容器的选择造成的。


一、常见问题举例

(1)电容故障导致低温停止工作

(2)多次热插拔导致母版钽电容烧坏

(3)高速电路中电容的应用问题CPU工作不稳定

(1)铝电解电容的工作温度范围为-55℃-105℃,却会在-30℃(2)电压符合规定的钽电容被烧坏(铝电解电容通过强度测试);需要额外注意电容的选择!


//简单介绍一下这里出现的几个知识点:

全称是钽电解电容器,属于一种电解电容器,优点:,单位体积内的电容特别大,即;缺点:钽电容价格比容量相同、耐压相同的铝电解电容贵,

它被应用于体积小,电容量大。但需要注意的是:它,正负极不能接错,否则可能会在短时间内发烧。

:铝电解电容器由铝圆柱形负极制成,含有液体电解质,并插入弯曲的铝带作为正极。还需要直流电压处理,以形成一层氧化膜作为介质。它的特点是中。同样,正负极也不能接反。

组成。鉴相器用于识别。相位差,输出误差电压。Ud 中的噪声和干扰成分被低通性环路滤波器过滤掉,形成压控振荡器(VCO)的控制电压Uc。Uc压控振荡器的结果是使用它。由鉴相器提供的维持锁定的直流控制电压

:这是一种由直流稳定电源的电压波动引起的现象,因为直流稳定电源通常由交流电源通过整流稳定电压形成,这不可避免地会在直流稳定量中带来一些交流成分,这叠加在直流稳定量上叫纹波。



二、电容的作用及分析

1.电容的作用

(1)电荷缓冲池-保持运行器件工作电压稳定

(2)高频噪声的重要排放通道

(3)实现交流耦合,直流隔离

除了电容,还需考虑(引脚电感加等效电感)(引脚电阻加等效电阻)(泄漏电阻)。

         

                在主控板和业务板之间串流耦合电容,因为容值越小的电容,对低频信号有更大的阻抗,当出现信号时,信号通过判决门限的时间发生抖动而出错。则需要考虑调整电容大小。

                有经验公式: NUM为最大允许的连0或连1,T_c为每比特位的数据周期,负载阻抗R(一般取50Ω)

                但C也不能太大,会影响信号交换的边沿斜率要求。一般耦合电容取容值为0.1uF。

       

        

        针对常见的电容选择情景,常常是“低频噪声选用大电容,高频选小电容”。

       由于ESL的存在,会与电容C共同对滤波作用产生影响。随着频率的增加,首先是C作为主导影响阻抗Z的大小,随着频率增加而减小;当到达谐振点时,阻抗最小,等于ESR分量,此时C和ESL的效果抵消;随后,随着频率进一步增大,ESL作为主导影响Z,变化曲线大致如下:

         而阻抗最小值即谐振点处的频率最容易被除去,但在实际场景下需要除去的是一段频带而不是一点。

        在实际应用中常常将电容并联起来使用,阻抗-频率曲线如何变化呢?举几个简单的例子。

        a、0603封装的1uF 和0.01uF 陶瓷电容各一个 

        b、0603封装的1uF 和 0402封装的0.01uF 并联 --

         c、相同电容并联



 

        陶瓷电容属于非极性电容,以陶瓷为介质,体积小,价格低,稳定性好,但容量小。几十皮法到几十微法。 常见的X7R,X5R,Y5V等,首字母表示最低温度(Z-10℃,Y- -30℃, X- -55℃ ),数字表示最高温度,最后一位字母是温度稳定性。 在高频设计中推荐使用NPO、X7R、X5R。  

温度特性好,ESL值小,高频滤波性能好、体积小、容值大,常用在大容量滤波场合,如CPU等高耗能器件的滤波。耐电压耐电流能力弱,

一般而言,容值越大的钽电容,ESR值越小。而ESR越小,相当于串联电阻小,更容易失效。这时常常使用多个小容值的电容并联在实现相当的大电容。

        容量大,耐压高,温度稳定性差,精度差,高频滤波性差,。在应用中,电压降额至少为20%。ESL、ESR都比较大,液体介质,很不稳定。

                严格来说OSCON不算一种电容的类型,ESR较小,温度稳定性强于铝电解电容,价格相对于钽电容较低,考虑成本要求时可以选择OSCON来替代钽电容。




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