一、簡介:
BYPASS又稱退藕電容常見于所有電子設備的功能電路上。大多數工程師都知道要在系統、設備甚至是每個芯片上加BYPASS電容。BYPASS的選擇要根據具體電路和情況來進行分析,這個看似很簡單的BYPASS電容選擇問題,通過下面的具體討論分析,可以有個深入的了解。我們的討論基于以下基礎:等效電路、電介質和電容類型。
下面識別使用BYPASS電容的主要功能和環境。通常電路會產生大量的電流尖峰電流(SPIKES),因此高頻的時候需設置多個不同的旁路來處理這些問題。另外將討論一些問題如多個旁路電容,電路板布線等。
最后我們有四個具體的例子,正好涉及高低電流和高低頻的四種組合。
二、動機:
(問題的產生和BYPASS電容的作用的實例)以下用面包板搭的一個簡單的運放放大電路的具體實例,噪聲可能來自電源、內部電路以及電路的連線等等。

我們先看下放大器電源供應引腳上采集的示波器照片:

從上圖可以看到幅度大約為10mVpp的高頻噪音,以及許多經常的周期性的超過50mVppD的電流尖峰。這里假定電源供應是穩定的持續的直流供應,一些干擾會直接耦合至電路導致電路的不穩定。
首先我們為了抵御這個不期望的干擾,我們加上了BYPASS電容。BYPASS電容可以消除電路中電源電壓的跌落,通過釋放儲藏的電荷來當電壓尖峰產生的時候。并且提供在很寬頻率范圍內,為電源建立一條低阻抗的對地通路。
但是,在使用旁路電容之前有四個問題:
1、選擇什么樣的旁路電容尺寸;
2、何處放置旁路電容的放置,以使其產生最大功效;
3、選擇何種旁路電容的類型,以使其適合和充分地使用在我們的電路中;
4、選擇什么樣封裝的電容最合適。
其中第二個問題最容易回答,放置電容最靠近芯片的電源供應引腳,任何額外的長度都會轉化為增加的串聯電感,這樣會使得旁路電容的自身諧振頻率下降(有效的帶寬降低)。
三、下面是放大器電路增加旁路電容后的情況:

BYPASS電容使用前和使用后示波器波形的對比,上面那個是使用前的,下面那個是使用后的:

下表是通用電容的特性描述:

通過上表的描述,大家可以有個大致的了解,就是原料及結構決定了電容的屬性。
陶瓷電容是用途最廣泛,低成本和性能可靠的電容,鉭、OSCON和鋁電解電容是有極性電容(專門用于濾波退藕)。鉭電容適合與低壓環境。鋁電解一般用于中低頻。OSCON是特別的電容,提供低寄生寬頻帶和寬工作溫度(當然最頂級的性能也意味著最高的價格),如果你有足夠的預算,OSCON提供最佳的性能應用在任何電路中擔任旁路。
云母和塑膜電容主要運用在濾波(FILTER)電路中。
BYPASS電容封裝的選擇:SMD提供了更小的ESL,意味著更佳的性能,并且封裝越小ESL越低。

以上是2個電容并聯時候的阻抗頻率圖,藍色是合成的阻抗圖,可以看到不同規格的電容可以顯著降低頻帶的阻抗,拓展頻率響應,這也是為什么在大電容上要并聯小電容的原因。

上圖是在C1上串聯電阻Rseries后的阻抗頻率響應,可以看出串聯了這個電阻后大容量電容的阻抗波谷變得緩和了,這樣其諧振點對電路的影響會大大減小。
綜合以上內容對BYPASS電容選用的原則理解就是,要盡量要做到在所需的頻帶范圍內阻抗曲線盡量低并且要保持平穩,并將所會產生的劇烈變動頻點移出對你的電路會造成影響的范圍之外! |