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高速电路中的AC耦合电容

它将用于许多高速串行信号AC耦合电容器,由于在设计高速串行电路时,任何小差异都会导致信号完整性问题,为什么要在串行电路中添加一个AC耦合电容呢?这种电容不仅会导致信号边缘变慢,还会导致阻抗不连续。

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当我们连接两个供电电压不同的系统或热插拔时,可能需要使用AC耦合电容器,我们首先需要知道的是,我们在这里使用它AC电容器的目的是使两级之间的通信更好,因为它串在两个系统之间,所以通信信号必须是通信信号。AC耦合电容器还可以提供直流偏压和过流保护。

主要是提高噪声容限。有时我们在选择电容器时可能会选择小电容器,认为它可能会过滤直流成分,但它会导致信号变形和基线漂移。如果选择较大的电容器,电容器端的电压稳定时间相对较长,原来的小电容器需要这么多,那么我们应该如何选择这个电容器呢?首先要看电容器的频率、温度等特性,选择低ESR/ESL的电容。通过计算选择电容值,如下所示:

这里的F是截止频率(将电压定义为输入电压0.707倍频率),R是传输线的阻抗,C是AC耦合电容。

当然,在选择电容器时,通带的最小频率小于传输信号的最小频率,假设信号的最小频率是Fmin,则频率值为F:

F=Fmin/20

当值为F时,99.88%的信号将通过。

前面介绍了,虽然AC耦合电容器有其优点,也会导致边缘变慢,放置AC耦合电容时,会引起阻抗变化,存在阻抗不连续点。同时,还会引入代码相关的抖动,即当电路传输信号中出现连续的1或0时,会出现下图所示的直流电平压降,影响眼高。

这和RC时间常数,RC值越大(充电时间越长,单位时间电容器充电越少,分压越小),可通过的直流重量越大,直流压降越小。由于链路中的等效电阻相对固定,耦合电容值只能调整。如下图所示,电容值越大,压降越小。

曲线描述:紫色电容值最大,红色电容值次之,粉色电容值最小。

那我们就无限增加电容吧!

答案是:No,不!因为实际安装后的电容不是理想的电容,除了ESR,ESL,还有电感的安装,所以有串联谐振频率。电容在串联谐振频率之前是容性的,然后是感性的。如下图所示:

电容值越大,谐振频率越小,电容频率越低,会导致信号高频分量衰减增加,也会降低眼高,缓慢上升,jitter增加。

所以选择AC耦合电容器应综合以上两点,一般行业推荐0.01uF~0.2uF,最常见的就是0.1uF电容。不建议选择0603以上的电容包装,最好是0402或更小。

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