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BYPASS退藕电容的选择使用
文章来源: 更新时间:2010/9/15 18:46:00
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一、简介:
BYPASS又称退藕电容常见于所有电子设备的功能电路上。大多数工程师都知道要在系统、设备甚至是每个芯片上加BYPASS电容。BYPASS的选择要根据具体电路和情况来进行分析,这个看似很简单的BYPASS电容选择问题,通过下面的具体讨论分析,可以有个深入的了解。我们的讨论基于以下基础:等效电路、电介质和电容类型。
下面识别使用BYPASS电容的主要功能和环境。通常电路会产生大量的电流尖峰电流(SPIKES),因此高频的时候需设置多个不同的旁路来处理这些问题。另外将讨论一些问题如多个旁路电容,电路板布线等。
最后我们有四个具体的例子,正好涉及高低电流和高低频的四种组合。
二、动机:
(问题的产生和BYPASS电容的作用的实例)以下用面包板搭的一个简单的运放放大电路的具体实例,噪声可能来自电源、内部电路以及电路的连线等等。

1.jpg

我们先看下放大器电源供应引脚上采集的示波器照片:

2.jpg

从上图可以看到幅度大约为10mVpp的高频噪音,以及许多经常的周期性的超过50mVppD的电流尖峰。这里假定电源供应是稳定的持续的直流供应,一些干扰会直接耦合至电路导致电路的不稳定。

首先我们为了抵御这个不期望的干扰,我们加上了BYPASS电容。BYPASS电容可以消除电路中电源电压的跌落,通过释放储藏的电荷来当电压尖峰产生的时候。并且提供在很宽频率范围内,为电源建立一条低阻抗的对地通路。
但是,在使用旁路电容之前有四个问题:
1、选择什么样的旁路电容尺寸;
2、何处放置旁路电容的放置,以使其产生最大功效;
3、选择何种旁路电容的类型,以使其适合和充分地使用在我们的电路中;
4、选择什么样封装的电容最合适。
其中第二个问题最容易回答,放置电容最靠近芯片的电源供应引脚,任何额外的长度都会转化为增加的串联电感,这样会使得旁路电容的自身谐振频率下降(有效的带宽降低)。

三、下面是放大器电路增加旁路电容后的情况:

3.jpg

BYPASS电容使用前和使用后示波器波形的对比,上面那个是使用前的,下面那个是使用后的:

4.jpg

下表是通用电容的特性描述:

8.jpg

通过上表的描述,大家可以有个大致的了解,就是原料及结构决定了电容的属性。
陶瓷电容是用途最广泛,低成本和性能可靠的电容,钽、OSCON和铝电解电容是有极性电容(专门用于滤波退藕)。钽电容适合与低压环境。铝电解一般用于中低频。OSCON是特别的电容,提供低寄生宽频带和宽工作温度(当然最顶级的性能也意味着最高的价格),如果你有足够的预算,OSCON提供最佳的性能应用在任何电路中担任旁路。
云母和塑膜电容主要运用在滤波(FILTER)电路中。
BYPASS电容封装的选择:SMD提供了更小的ESL,意味着更佳的性能,并且封装越小ESL越低。

a.jpg

以上是2个电容并联时候的阻抗频率图,蓝色是合成的阻抗图,可以看到不同规格的电容可以显著降低频带的阻抗,拓展频率响应,这也是为什么在大电容上要并联小电容的原因。

b.jpg

上图是在C1上串联电阻Rseries后的阻抗频率响应,可以看出串联了这个电阻后大容量电容的阻抗波谷变得缓和了,这样其谐振点对电路的影响会大大减小。

综合以上内容对BYPASS电容选用的原则理解就是,要尽量要做到在所需的频带范围内阻抗曲线尽量低并且要保持平稳,并将所会产生的剧烈变动频点移出对你的电路会造成影响的范围之外!

 
 
 
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