技術(shù)資訊 | 如何選擇旁路電容大小

了解旁路電容

影響旁路電容大小和布局的因素

確定旁路電容器大小時(shí)電阻和阻抗的關(guān)系

大多數(shù)工程師都知道電涌會(huì)在電路中產(chǎn)生高頻噪聲。這可能會(huì)導(dǎo)致振鈴或阻抗不匹配等問題，從而導(dǎo)致干擾或功率傳輸不足。這就是幾乎所有類型的電氣設(shè)備都需要接地的原因。接地是防止超壓和相關(guān)噪聲通過電源影響電路，從而使電路穩(wěn)定的有效方法。這可以通過在電路設(shè)計(jì)中使用電容器，尤其是旁路電容器來實(shí)現(xiàn)。

這些旁路電容器的放置方式和位置在保證電路的功能和安全性方面起著重要作用。工程師應(yīng)該對(duì)旁路電容器大小給予同樣的重視。本文將討論旁路電容器的基礎(chǔ)知識(shí)以及它們?cè)趶V泛的電路布局中的容值要求。

01什么是旁路電容？

在系統(tǒng)電路中，必須保持干凈的信號(hào)。對(duì)于連接到直流電源的旁路電容器，可以將高頻交流噪聲短接到地來獲得干凈的直流信號(hào)。旁路電容的一端連接到電源引腳，而另一端連接到地。利用電容的隔直流、通交流的特征，純直流信號(hào)直接傳遞給電路。當(dāng)電容器檢測到交流信號(hào)時(shí)，它會(huì)過濾掉這個(gè)信號(hào)并將其旁路到地。該功能的優(yōu)點(diǎn)是：

去除電路中電阻

通過存儲(chǔ)電荷可以消除電路中的壓降

通常，我們可以看到去耦電容器和旁路電容器這兩個(gè)術(shù)語，它們是可以互換使用的。這些電容器具有相似的功能，即阻斷交流噪聲以提高電路性能。但是，如果我們仔細(xì)觀察，旁路電容器更關(guān)心偏離和旁路噪聲，去耦電容器是對(duì)信號(hào)進(jìn)行平滑處理。

02旁路電容大小和布局

在任何標(biāo)準(zhǔn) PCB 中布局旁路電容器時(shí)，通常應(yīng)將其放置在盡可能靠近 IC 引腳的位置。電容與電源引腳的距離越大，電感越大，信號(hào)質(zhì)量會(huì)嚴(yán)重下降。信號(hào)質(zhì)量也很大程度上取決于旁路電容的大小。旁路電容的大小主要是根據(jù)電容值來確定的。常用的值為 1μF 和 0.1μF，分別用于處理較低和較高的值頻率。

讓我們以上述電路為例。當(dāng)電流通過電路時(shí)，它可以采用兩種路徑：

通過電阻

通過電容

電流傾向于走電阻最小的路徑，這意味著如果旁路電容提供的電阻小于電阻，則可以實(shí)現(xiàn)將交流信號(hào)旁路到地的目的。因此，經(jīng)驗(yàn)法則是電容器的值應(yīng)至少比電路的電阻Re的值小 10 倍。

在數(shù)字或模擬設(shè)備中，識(shí)別旁路電容值的一般公式是：

Xc是電抗，f 是工作頻率。

03旁路電容器的阻抗

旁路電容的大小還取決于電路中的阻抗?？梢允褂靡韵鹿接?jì)算容抗：

這表示電容和阻抗之間的反比關(guān)系。當(dāng)電容器完全充電或放電時(shí)，阻抗是無限大的，即它就像一個(gè)開路，不允許電流通過。這意味著大電容器需要很長時(shí)間進(jìn)行充電和放電，而小電容器可以快速做到這一點(diǎn)，就像開路一樣，不允許電流通過（高阻抗）。因此，當(dāng)需要低阻抗時(shí)，可以使用大容量電容器。

04使用 PSpice 計(jì)算旁路電容大小

了解通過 IC 的信號(hào)行為，包括其頻率和阻抗，為選擇理想的旁路電容器尺寸提供了適當(dāng)?shù)耐緩健Ｈ缟纤觯ǔＪ褂玫碾娙葜禐?1μF 和 0.1μF，以處理低值和高值頻率。然而，布局驗(yàn)證和旁路電容器的大小是電路設(shè)計(jì)的重要部分。

理想的解決方案是使用能夠提供完整電路設(shè)計(jì)、仿真、驗(yàn)證和優(yōu)化能力的PCB 設(shè)計(jì)和分析軟件。借助Allegro PSpice Simulator等工具，PCB 設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可以輕松預(yù)測數(shù)字或模擬電路的行為、評(píng)估其功能并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)高性能設(shè)計(jì)和布局。

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