邵小桃-电磁兼容和PCB设计Ch(III)

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1、第6章旁路和去耦电磁兼容与PCB设计电容的三个用途电容与谐振并联电容器电源层和接地层电容电容的选择与放置本章内容6.1电容的三个用途电容的三个主要用途：去耦、旁路、体电容1.去耦(Decoupling)滤除高速器件在电源板上引起的骚扰电流为器件和元件提供局部化的DC减低PCB电流冲击的峰值电源线电感去耦电容这个环路尽量小电源线噪声的消除2.旁路(Bypassing)去除PCB高频辐射噪声–共模干扰3.体电容(Bulk)容纳配合去耦电容抑制I噪声陶瓷电容常用在超高频器件铝电解电容钽电解电容6.2电容与谐振所有电容都由RLC电路组成。L:电感，与导线长度有关R

2、s:导线中的电阻C:电容器的电容1.电容的物理特性电容在可计算的频率上，相当于一个谐振回路谐振状态下，电容将有非常小的阻抗和有效的RF旁路频率大于自谐振时，电容渐变为感性，旁路和去耦效果下降图：电容器的原理图CLRsLRs在电容器的等效电路中：Z:阻抗(欧)Rs:等效串联电阻---ESR(欧)L:等效串联电感---ESL(H)C:电容器的电容（F）f：频率（Hz）(EffectiveSeriesResistance–ESR)(EffectiveSeriesInductance–ESL)ESR:表示电容器的电阻损耗。包括：金属电极分布电阻内部电极间的接触电阻

3、外部端接点电阻ESL是一个损耗单元，当限制电流在部件封装内流动时，对ESR要求越高，要减少寄生参数，考虑电容长宽比例。SMD电容长宽比例基本相同。Note:高频下的趋肤效应增加了器件的引线电阻值，高频ESR大于DC下的ESR对某些电容器：电容值随温度和直流偏置而变化等效串联电阻随温度和直流偏置和频率而变化等效串联电感保持相对不变对于一个理想平板电容器，电感实际为零。高频下

4、Z

5、=Rs,不存在固有谐振。ZC实际电容理想电容f1/2LCCL2.电容的谐振特性由于实际电容器的均有自谐振频率，在自谐振频率以下，电容器呈容性，高于自谐振频率，电容器呈感性，阻抗随

6、频率增加而增大，旁路和去耦效果下降。在谐振频率fr时，

7、Z

8、有最小值，谐振频率fr为：谐振点是电容阻抗的重要部分CeramicCap.自谐振频率约值（基于引线长度）电容值通孔，0.2in引线SMD(0805)1.0uF2.6MHz5MHz0.1uF8.2MHz16MHz0.01uF26MHz50MHz1000pF82MHz159MHz500pF116MHz225MHz100pF260MHz503MHz10pF821MHz1.6GHz通孔的引线电感：L=3.75nH(15nH/in)SMD引线电感：L=1nH引线长1.6mm的陶瓷电容器电容量谐振频率(MHZ

9、)1F1.70.1F40.01F12.63300pF19.31100pF33680pF42.5330pF60SMDCeramic电容器在相同引线电感的自谐振频率：101001000Frequency（MHz）1000010001001010.10.010.001100pF0.001uF0.01uF0.1uF阻抗（欧）逻辑器件不同，自谐振频率也不同，CMOS

10、，相同引线电感得到的阻抗不同频率越高，阻抗越大陶瓷电容器的自谐振频率高电源板和接地板构成的平板电容器的自谐振频率可达200~400MHz,采用20-H,可使自谐振频率提高2~3倍采用大电容器和小电容器并联，也可有效改善自谐振频率。3.电容的设计应用6.3并联电容器（1）实际电容器均有自谐振频率。低于自谐振频率，电容器呈容性，高于自谐振频率，电容器呈感性。（2）高于自谐振频率，大电容值的电容器阻抗随频率增加而增加（感性），小电容值的电容器阻抗随频率增加而减小（容性）。（3）高于自谐振频率，小电容值的电容器阻抗小于大电容值的电容器阻抗，起支配作用（4）比大电容

11、值的电容器单独存在时提供更小的净阻抗1、Why并联电容可以更有效抑制RFcurrent？1020100110200400Frequency（MHz）1000100101100pF0.01uF阻抗（欧）0.01uF+100pF2.0.01uF和100pF电容并联的自谐振特性3.两个电容并联的计算公式：6.8uF，Ripple：1VPP6.8uF+0.1uF，Ripple：0.3VPP6.8uF+0.1uF+0.01uF，Ripple：0.1VPP100MHz的逻辑器件，有100mA到150mA负载变化：三端电容器的原理引线电感与电容一起构成了一个T形低通滤波

12、器在引线上安装两个磁珠滤波效果更好地线电感起着不良作用符号三端电容