去耦電容和旁路電容的區(qū)別與聯(lián)系
在電子電路中,去耦電容和旁路電容都是起到抗干擾的作用,電容所處的位置不同,稱呼就不一樣了。
對(duì)于同一個(gè)電路來說,旁路(bypass)電容是把輸入信號(hào)中的高頻噪聲作為濾除對(duì)象,把前級(jí)攜帶的高頻雜波濾除,而去耦(decoupling,也稱退耦)電容是把輸出信號(hào)的干擾作為濾除對(duì)象。
在供電電源和地之間也經(jīng)常連接去耦電容,它有三個(gè)方面的作用:一是作為本集成電路的蓄能電容;二是濾除該器件產(chǎn)生的高頻噪聲,切斷其通過供電回路進(jìn)行傳播的通路;三是防止電源攜帶的噪聲對(duì)電路構(gòu)成干擾。
旁路電容是把輸入信號(hào)中的干擾作為濾除對(duì)象,而去耦電容是把輸出信號(hào)的干擾作為濾除對(duì)象,防止干擾信號(hào)返回電源。這應(yīng)該是他們的本質(zhì)區(qū)別。去耦電容相當(dāng)于電池,避免由于電流的突變而使電壓下降,相當(dāng)于濾紋波。具體容值可以根據(jù)電流的大小、期望的紋波大小、作用時(shí)間的大小來計(jì)算。去耦電容一般都很大,對(duì)更高頻率的噪聲,基本無效。旁路電容就是針對(duì)高頻來的,也就是利用了電容的頻率阻抗特性。只是旁路電容一般是指高頻旁路,也就是給高頻的開關(guān)噪聲提高一條低阻抗泄防途徑。高頻旁路電容一般比較小,根據(jù)諧振頻率一般是0.1u,0.01u等?,而去耦合電容一般比較大,是10u或者更大,依據(jù)電路中分布參數(shù),以及驅(qū)動(dòng)電流的變化大小來確定。
去耦電容(decoupling)也稱退耦電容,是把輸出信號(hào)的干擾作為濾除對(duì)象。去耦電容在集成電路電源和地之間的有兩個(gè)作用:一方面是本集成電路的蓄能電容,另一方面旁路掉該器件的高頻噪聲(c對(duì)高頻阻力小,將之瀉至GND)。
2019-1-5 13:17 上傳去耦電容的充、放電作用使集成電路得到的供電電壓比較平穩(wěn),減小了電壓振蕩現(xiàn)象;集成電路可以就近在各自的去耦電容器上吸收或釋放電流,不必通過電源線從較遠(yuǎn)的電源中取得電流,因此不會(huì)影響集成電路的速度;同時(shí)去耦電容器為集成電路的瞬態(tài)變化電流提供了各自就近的高頻通道,從而大大減小了向外的輻射噪聲并且相互之間沒有公共阻抗,因此抑制了共阻抗耦合。
由于去耦電容器在高頻時(shí)的阻抗將會(huì)減小到其自諧振頻率,因而可以有效地除去信號(hào)線中的高頻噪聲,同時(shí)相對(duì)于低頻來說,對(duì)能量沒有影響,所以可在每一個(gè)集成電路的電源地腳之間加一個(gè)大小合適的去耦電容器。在選擇去耦電容器類型時(shí),應(yīng)考慮哪些低電感的高頻電容器。如高頻性能好的多層陶瓷電容器或者獨(dú)石電容器。
數(shù)字電路中,當(dāng)電路從一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種狀態(tài)時(shí),就會(huì)在電源線上產(chǎn)生一個(gè)很大的尖峰電流,形成瞬變的噪聲電壓,會(huì)影響前級(jí)的正常工作。這就是耦合。對(duì)于噪聲能力弱、關(guān)斷時(shí)電流變化大的器件和ROM、RAM等存儲(chǔ)型器件,應(yīng)在芯片的電源線(Vcc)和地線(GND)間直接接入去耦電容。?
數(shù)字電路中典型的去耦電容值是0.1μF。這個(gè)電容的分布電感的典型值是5μH。?0.1μF的去耦電容有5μH的分布電感,它的并行共振頻率大約在7MHz左右,也就是說,對(duì)于10MHz以?下的噪聲有較好的去耦效果,對(duì)40MHz以上的噪聲幾乎不起作用。?1μF、10μF的電容,并行共振頻率在20MHz以上,去除高頻噪聲的效果要好一些。?每10片左右集成電路要加一片充放電電容,或1個(gè)蓄能電容,可選10μF左右。最好不用電解電容,電解電容是兩層薄膜卷起來的,這種卷起來的結(jié)構(gòu)在高頻時(shí)表現(xiàn)為電感。要使用?鉭電容或聚碳酸酯電容。去耦電容的選用并不嚴(yán)格,可按C=1/F,即10MHz取0.1μF,100MHz取0.01μ。
旁路電容不是理論概念,而是一個(gè)經(jīng)常使用的實(shí)用方法,在50--60年代,這個(gè)詞也就有它特有的含義,現(xiàn)在已不多用。電子管或者晶體管是需要偏置的,就是決定工作點(diǎn)的直流供電條件。例如電子管的柵極相對(duì)于陰極往往要求加有負(fù)壓,為了在一個(gè)直流電源下工作,就在陰極對(duì)地串接一個(gè)電阻,利用板流形成陰極的對(duì)地正電位,而柵極直流接地,這種偏置技術(shù)叫做“自偏”,但是對(duì)(交流)信號(hào)而言,這同時(shí)又是一個(gè)負(fù)反饋,為了消除這個(gè)影響,就在這個(gè)電阻上并聯(lián)一個(gè)足夠大的點(diǎn)容,這就叫旁路電容。后來也有的資料把它引申使用于類似情況。
去耦電容在集成電路電源和地之間的有兩個(gè)作用:一方面是本集成電路的蓄能電容,另一方面旁路掉該器件的高頻噪聲。數(shù)字電路中典型的去耦電容值是0.1μF。這個(gè)電容的分布電感的典型值是5μH。0.1μF的去耦電容有5μH的分布電感,它的并行共振頻率大約在7MHz左右,也就是說,對(duì)于10MHz以下的噪聲有較好的去耦效果,對(duì)40MHz以上的噪聲幾乎不起作用。1μF、10μF的電容,并行共振頻率在20MHz以上,去除高頻噪聲的效果要好一些。每10片左右集成電路要加一片充放電電容,或1個(gè)蓄能電容,可選10μF左右。最好不用電解電容,電解電容是兩層薄膜卷起來的,這種卷起來的結(jié)構(gòu)在高頻時(shí)表現(xiàn)為電感。要使用鉭電容或聚碳酸酯電容。去耦電容的選用并不嚴(yán)格,可按C=1/F,即10MHz取0.1μF,100MHz取0.01μF。
一般來說,容量為uf級(jí)的電容,象電解電容或鉭電容,他的電感較大,諧振頻率較小,對(duì)低頻信號(hào)通過較好,而對(duì)高頻信號(hào),表現(xiàn)出較強(qiáng)的電感性,阻抗較大,同時(shí),大電容還可以起到局部電荷池的作用,可以減少局部的干擾通過電源耦合出去;容量為0.001~0.1uf的電容,一般為陶瓷電容或云母電容,電感小,諧振頻率高,對(duì)高頻信號(hào)的阻抗較小,可以為高頻干擾信號(hào)提供一條旁路,減少外界對(duì)該局部的耦合干擾
旁路是把前級(jí)或電源攜帶的高頻雜波或信號(hào)濾除;去藕是為保正輸出端的穩(wěn)定輸出(主要是針對(duì)器件的工作)而設(shè)的“小水塘”,在其他大電流工作時(shí)保證電源的波動(dòng)范圍不會(huì)影響該電路的工作;補(bǔ)充一點(diǎn)就是所謂的藕合:是在前后級(jí)間傳遞信號(hào)而不互相影響各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)的元件
有源器件在開關(guān)時(shí)產(chǎn)生的高頻開關(guān)噪聲將沿著電源線傳播。去耦電容的主要功能就是提供一個(gè)局部的直流電源給有源器件,以減少開關(guān)噪聲在板上的傳播和將噪聲引導(dǎo)到地。
摘引自倫德全《電路板級(jí)的電磁兼容設(shè)計(jì)》一文,該論文對(duì)噪聲耦和路徑、去耦電容和旁路電容的使用都講得不錯(cuò)。請(qǐng)參閱。
從電路來說,總是存在驅(qū)動(dòng)的源和被驅(qū)動(dòng)的負(fù)載。如果負(fù)載電容比較大,驅(qū)動(dòng)電路要把電容充電、放電,才能完成信號(hào)的跳變,在上升沿比較陡峭的時(shí)候,電流比較大,這樣驅(qū)動(dòng)的電流就會(huì)吸收很大的電源電流,由于電路中的電感,電阻(特別是芯片管腳上的電感,會(huì)產(chǎn)生反彈),這種電流相對(duì)于正常情況來說實(shí)際上就是一種噪聲,會(huì)影響前級(jí)的正常工作。這就是耦合。
去耦電容就是起到一個(gè)電池的作用,滿足驅(qū)動(dòng)電路電流的變化,避免相互間的耦合干擾。
旁路電容實(shí)際也是去耦合的,只是旁路電容一般是指高頻旁路,也就是給高頻的開關(guān)噪聲提高一條低阻抗泄防途徑。高頻旁路電容一般比較小,根據(jù)諧振頻率一般是0.1u,0.01u等,而去耦合電容一般比較大,是10u或者更大,依據(jù)電路中分布參數(shù),以及驅(qū)動(dòng)電流的變化大小來確定。
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