数字电路必须稳定且可靠地运行,电源必须“干净”,并且必须及时补充能量,即滤波和去耦必须良好。
什么是滤波器去耦?简而言之,当芯片不需要电流时,它可以存储能量,并且在需要电流时可以及时补充能量。
这里有些读者会说,这种责任不是DC / DC,LDO吗?是的,它们可以在低频下完成,但是高速数字系统却有所不同。
我们先来看一下电容器。
电容器的功能仅仅是存储电荷。
众所周知,电源中需要进行电容器滤波,并且在每个芯片的电源引脚上放置了一个0.1uF的电容器以进行去耦。
但是,某些板载芯片的电源引脚旁边的电容为何为0.1uF或0.01uF,有什么特殊性吗?要了解这一点,有必要了解电容器的实际特性。
理想的电容器只是电荷的存储,即C,但实际制造的电容器并非如此简单。
分析电源完整性时,常用的电容模型如图1所示。
图1在图1中,ESR是电容器的串联等效电阻,ESL是电容器的串联等效电感,C是实际理想的电容器。
ESR和ESL由电容器的制造工艺和材料决定,无法消除。
那么这两件事对电路有什么影响? ESR影响电源的纹波,ESL影响电容器的滤波器频率特性。
我们知道:电容器Zc = 1 /ωC的电容电抗电感器Zl =ωL,ω=2πf的电感电抗实际电容器的复阻抗为:Z = ESR +jωL-1/jωC= ESR +j2πfL可以看到-1 /j2πfC,当频率很低时,电容器工作,而频率在一定程度上很高,则电感的作用不容忽视。
当频率较高时,电感起主导作用,电容器失去滤波作用。
因此请记住,电容器不仅是高频电容器。
实际电容器的滤波曲线如图2所示。
图2如上所述,电容器的等效串联电感取决于电容器的制造工艺和材料。
实际的片状陶瓷电容器的ESL范围为十分之几nH至几nH。
封装越小,ESL越小。
从图2可以看出,电容器的滤波曲线不是平坦的,就像a& V',这意味着它具有选频特性。
有时我们希望它尽可能平坦(以前的板级滤波),有时我们希望它尽可能锐利(滤波或开槽)。
影响该特性的因素是电容器的品质因数Q:Q = 1 /ωCESR越大,Q越小,曲线越平坦;相反,ESR越小,Q越大,曲线越锐利。
通常钽电容器和铝电解的ESL相对较小,但ESR较大,因此钽电容器和铝电解的有效频率范围很宽,非常适合以前的板级滤波。
换句话说,在DC / DC或LDO的输入级中,通常使用容量较大的钽电容器进行滤波。
并在芯片附近放置一些10uF和0.1uF电容器以进行去耦,陶瓷电容器的ESR极低。
说了这么多,我应该在芯片的引脚附近放置0.1uF或0.01uF吗?下面列出以供参考。
因此,将来不会在所有产品中看到0.1uF的电容器。
在某些高速系统中,这些0.1uF电容器根本无法工作。
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