电容的模型、选型、容值计算与PCB布局布线

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1、.word可编辑.1电容结构及模型1.1模型电容的基本公式是：式(1)显示，减小电容器极板之间的距离(d)和增加极板的截面积(A)将增加电容器的电容量。1.2寄生参数与阻抗的频率特性电容通常存在等效串联电阻(ESR)和等效串联电感(ESL)二个寄生参数。图2是电容器在不同工作频率下的阻抗(Zc)。.专业.专注..word可编辑.1.1.1降低去耦电容ESL的方法去耦电容的ESL是由于内部流动的电流引起的，使用多个去耦电容并联的方式可以降低电容的ESL影响，而且将两个去耦电容以相反走向放置在一起，从.专业.专注

2、..word可编辑.而使它们的内部电流引起的磁通量相互抵消，能进一步降低ESL。（此方法适用于任何数目的去耦电容，注意不要侵犯DELL公司的专利）1.1不同电容的参数特性电解电容器一般都有很大的电容量和很大的等效串联电感。由于它的谐振频率很低，对低频信号通过较好，而对高频信号，表现出较强的电感性，阻抗较大，所以只能使用在低频滤波上。同时，大电容还可以起到局部电荷池的作用，可以减少局部干扰通过电源耦合出去。钽电容器一般都有较大电容量和较小等效串联电感，因而它的谐振频率会高于电解电容器，并能使用在中高频滤波上。瓷

3、片电容器电容量和等效串联电感一般都很小，因而它的谐振频率远高于电解电容器和钽电容器，所以能使用在高频滤波和旁路电路上。由于小电容量瓷片电容器的谐振频率会比大电容量瓷片电容器的谐振频率要高，因此，在选择旁路电容时不能光选用电容值过高的瓷片电容器。1.2电容并联改善特性为了改善电容的高频特性，多个不同特性的电容器可以并联起来使用。图3是多个不同特性的电容器并联后阻抗改善的效果。.专业.专注..word可编辑.1.1.1电容并联时注意封装在为每个电容选择封装类型时必须谨慎。通常BOM表中会规定所有的无源元器件都要选

4、用相同的尺寸，如都用0805电容。图10为三只电容并联后的阻抗与频率关系。由于每只电容采用相同的封装，故它们的高频响应相同。实际上，这就抵消了更小电容的采用！相反，封装尺寸应该随同电容值一起微缩，见图11。2电容器的并联和反谐振2.1反谐振当电容器的电容不足，或者目标阻抗以及插入损耗由于高ESL和ESR难以实现时，可能需要并联多个电容器，如图10.专业.专注..word可编辑.所示。在这种情况下，必须注意出现在这些电容器中的并联谐振（称为反谐振），如图11所示，可以看到从电源端的阻抗由于反谐振会趋向于变大。反

5、谐振是发生在两个电容器间的自谐振频率不同时的一种现象。如图12所示，并联谐振发生在其中一个电容器的电感区以及另一个电容器的电容区的频率范围内。并联谐振造成该频率范围的总阻抗增加。因此，在出现反谐振的频率范围，插入损耗会变小。图10电容并联可能出现反谐振的情况图11电容器的并联谐振图12并联谐振频率范围.专业.专注..word可编辑.1.1反谐振的抑制如图13（a）所示，在电容器间嵌入谐振抑制元件例如铁氧体磁珠。如图13（b）所示，匹配电容器的电容以调整自谐振频率。如图13（c）所示，缩小电容器之间的间距和使用

6、不同电容的电容器相结合，电容值的差值低于10:1。图13（a）所示方法对改善插入损耗相当有效。然而，降低电源阻抗的效果就变小。采用图13（b）和图10（c）的方法，可以减弱反谐振，但要完全抑制反谐振是很难的。如图13（d）所示，可以采用低ESL和ESR的高性能电容器来消除反谐振问题。2滤波电容、去耦电容和旁路电容2.1三个概念Ø滤波电容用在电源整流电路中，用来滤除交流成分。使输出的直流更平滑。Ø去耦电容的主要功能是提供一个局部的直流电源给有源器件，以减少开关噪声在板上的传播和将噪声引导到地，加入去耦电容后电压

7、的纹波干扰会明显减小。Ø旁路电容起的主要作用是给交流信号提供低阻抗的通路。用在有电阻连接时，接在电阻两端使交流信号顺利通过。.专业.专注..word可编辑.1.1滤波电容1.1.1滤波电容的作用电路的电源线与回流线（地线）之间总要连接很多的电容器通常称为滤波电容。一般情况下，滤波电容（多为电解电容）的作用是过滤掉电流中的低频信号，但即使是低频信号，其频率也分为了好几个数量级。因此为了适合在不同频率下使用，电解电容也分为高频电容和低频电容（这里的高频是相对而言）。  n-35g的主滤波电容低频滤波电容主要用于市

8、电滤波或变压器整流后的滤波，其工作频率与市电一致为50Hz；而高频滤波电容主要工作在开关电源整流后的滤波，其工作频率为几千Hz到几万Hz。当我们将低频滤波电容用于高频电路时，由于低频滤波电容高频特性不好，它在高频充放电时内阻较大，等效电感较高。因此在使用中会因电解液的频繁极化而产生较大的热量。而较高的温度将使电容内部的电解液气化，电容内压力升高，最终导致电容的鼓包和爆裂。.专业.专注..word可编