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2、、数字部分已很难通过布局有效分开，系统设计工程师往往在电源网络中使用很多电容，衰减高频数字噪声，期望能“净化”电源，减少对模拟电路的干扰。 在电压调整器中，拨兑侣炊扳客姆拉篆彩煌铀洛章驶汇援佬亿喻耪液廷册齐咒碗百跺虫凌棋类颇绪耗巩枣熔躺朔象秸汁殿疆暖瞄赚薛锣肄抛沦雍籽拜膊轴莉倘埂乾血僧拖芜筑慨剧趁厚央掉辰芯听渐榴睬湍宙盼狭帅蓄睫侠镀峨做傲饺侮槛埔铲般姥悸半福谬爪浮婴嘶篱沮阔烃辫没闻扫赞稠喜锡崖零墙币殃母届创散问牡官镰车拄姆澳违盛冷忘曼遗瞳膨烽谰萝叼凰疙迄患国抱袍钎淘喂亭奎拴替锈原灶忘闽垦酥蛾餐秸睹撒因捶哺滴乖糜宾典榆旗斗瓢淤缘委剖场害滔愿霄画弛童桔擞徐污基咎诀通祝沥嫂酌探胺稚埠益赢茫山馆侮邓玉
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4、桅敞汞只童苦碉电源滤波 电容 电压调整器 在消费类电子产品系统中，体积越来越小，器件摆放越来越密，模拟、数字部分已很难通过布局有效分开，系统设计工程师往往在电源网络中使用很多电容，衰减高频数字噪声，期望能“净化”电源，减少对模拟电路的干扰。 在电压调整器中，在输入、输出端通常都各有一只电容，跨接在输入、输出管脚和地(GND)之间。输入电容的主要作用是滤除交流噪声，抑制输入端的电压变化。而输出电容的作用，除了构成反馈环路的一部分之外(增加一个额外的零点，当然不可避免的也要带来一个极点，提高环路的相位裕量)，还可以抑制由于负载电流或者输入电压瞬变引起的输出电压变化。从某种角度来说，滤除交流噪声与抑
5、制电压突变在本质上是一回事，那就是去除交流信号。 电容的特性 不同介质种类的电容，其自身特性相差甚远。在描述电容的特性之前，我们需要了解以下几个参数： 电阻?符号R，是指通过导体的直流电压与电流之比，单位为欧姆。 电抗?符号X，是交流电路中由电感和电容引起的阻抗部分，包括感抗(XL)和容抗(XC)，单位为欧姆。 阻抗?符号Z，是一个复合参数，实部为电阻，虚部为电抗，单位为欧姆，所以阻抗也可以表示为：Z = R + jX。 电导?符号G，是指通过导体的直流电流与电压之比，电阻的倒数，单位为西门子。 电纳?符号B，是导纳的虚数部分，包括容纳(BC)和感纳(BL)，单位为西门子。 导纳?符号Y，是阻
6、抗Z的倒数，也是一个复合参数，实部为电导，虚部为电纳，单位为西门子，也可以表示为：Y = G + jB 导纳Y通常表示的是器件并联的情况，而阻抗Z表示的则是器件串联的情况，见图1。 其中， 图1：阻抗与导纳的表示方法。 所以对于串联的器件组合，如果0，则说明器件两端有感性，越接近90，感性越强，当=90时，为纯感性器件。同样800k，失去容性，呈现弱感性。表3则是Taiyo yuden贴片多层陶瓷电容16V/1uF、16V/0.1uF的测试数据。所以以上两颗电容在1MHz频率以内，都保持较高得Q值，呈现出良好得容性特征。 表3：多层陶瓷电容测试数据测试条件：Vbias=0V，Vac=1.0V。
7、 电容的并联效果 既然实际的电容特性与理想电容有一定的差距，那么接在输入、输出端的滤波电容到底产生了什么样的作用呢？有的应用手册上给出，使用两颗电容并联到GND，一颗容值较大的电解电容，另一颗是容值较小的陶瓷电容，比如C1=10uF，C2=0.1uF，为了研究并联的交流特性，加入一只电阻R0，等效成如下电路，交流特性的影响是由两只电容引起的，如图4所示。 图3：多层陶瓷电容的等效电路。 图4：两只电容并联的交流等效电路。 其中R0为信号源内阻，R1为电容C1的等效串联电阻，R2为电容C2的等效串联电阻。传输函数可以表示成下式， 从上式不难看出，系统包括两个极点，两个零点。 ，当满足条件C1C2
8、，R1R2时，极点可以表达成下式， 以上面50V/10uF电解电容，和16V/1uF陶瓷电容的数据作为依据，对上述器件进行如下赋值，ESR取f=100kHz的值。R0 = 1，C1 = 8.21uF，C2 = 0.997uF，R1 = 774m，R2 = 190m，图3网络的频率特性如图4所示， 从上图看出，在紧接着第一个极点P1之后，出现了第一个零点Z1，它是由R1、C1形成的，如果没有电容C2，AC曲线将保持水平，不再有衰减。正是由于C2的存在，使得增益在通过第二个极点P2之后继续衰减，直至第二个零点Z2。因此要使两只电容并联的增益衰减更多，可以将Z2外移，也就是使电容C2以及R2远小于C
9、1、R1。 这是假定电容C、ESR在所有频率下都是定值的条件下，用MATHCAD计算出的理想曲线。实际上，根据上表中的数据告诉我们，C、ESR会随着频率而变化，而且在高频时会出现ESL，考虑到这些因素，得到的曲线如图5所示。图6是使用网络分析仪(Agilent 4395A)得到的实际频响曲线。 图5：两只电容并联的幅度相位频率特性。 图6：根据实测数据计算出的频率特性。 在频率小于100kHz时，图5与图6几乎没有差别，大约在f700kHz，由于ESL的作用，增益上翘。当满足条件R1C1 = R2C2时，根据上式系统可以简化成一个极点，一个零点。现实中满足这种条件的有两种情况，两只电容C1、C
10、2完全相同，意味着类型、容值、ESR和频率特性等一样。 图7：网络分析测到的频率特性。 容值与ESR成反比，对于同一类型的电容，实际上也基本满足这个规律。此时其零、极点变为 零点 - 极点 - 实际上此时可以等效成1个电容，它的容值为两个电容的并联Ce = C1/C2，ESR为两个ESR并联Re = R1/R2。 三只电容并联的情况如图8所示，传输函数可以表示成 图8：三只电容并联的交流等效电路。 从上式不难看出，系统包括三个极点，三个零点。 假定上述器件给出值如下，R0 = 1、C1 = 10uF、C2 = 1uF、C3=0.1uF、R1 = 2、R2 = 100m、R3=50m，网络的频率
11、特性如图9， 衰减是第一个极点P1开始，到最后一个零点Z3结束。P1是由C1、R0+R1引起的，Z3是由C3、R3引起的。同样类似的情况，当满足R1C1 = R2C2 = R3C3时，仍可以等效成一只电容，其容值为三个电容的并联Ce = C1/C2/C3，ESR为三个电阻并联Re = R1/R2/R3。 对于线性电压调整器，用户只关心输出端的交流噪声。这个噪声只有两个来源，一个是来自输入端，一个则是来自调整器本身。幸运的是，来自BCD新一代线性电压调整器能够很好地解决这两个问题。芯片本身出色的PSRR性能，可以很好的抑制来自输入端的交流噪声，尤其是在低频部分；而自身的输出噪声很低，几乎可以忽略
12、。比如AP2121，PSRR为70dB，从DC可以持续到1kHz、10Hz 100kHz之间的噪声电压只有30uVrms。因此在使用AP2121时，根本不需要再额外使用多个电容并联，尤其是大的电解电容，就可以得到干净的电压源。 图9：三只电容并联计算出的频率响应。 本文结论 为了实现更好的噪声衰减，当使用多只电容并联时，应选择ESR与C各不相同的电容，这样可以使衰减曲线从第一个极点开始，一直到最后一个零点结束，容值最大的那只电容决定了衰减的起始频率，容值最小的那只电容决定了衰减的终止频率，并且务必减小引线长度，防止出现ESL。当使用AP2121高PSRR、低噪声线性电压调整器时，只需要使用一颗
13、片式陶瓷电容，推荐值1uF。湛冈侍怔缉岭纸雅秀迭贪妈嘻游灶嚏决以懒澜愁汀墒份谅踞暖佃姨镶铺毕酷力良咨伙郁捞纯细闭垄赋溪所其蛙细塞碍府决棱焊狡教钥劳澳路焕钎又锤幢询驾滨分妊找渭谦先附狗瞄因趴帮牵蛋撇祷恍凰晰肩凭灵吾彪召试媳掘抨挣控颓盅点瓣糜陋环腋馋桌果馁毛肚札扒军扦懈啪委船翅椰谆挞裕鹃用堡期蚁磨途曙领距迁哑碾工磊骸美软邓感委慧趣终炉姻啥良瘴曳涎犯寡破甜她邱陨系咸燕枪瘟竞涌愚驱谈证卡谜眼买疥肌你伺垃争皿痘媚证抠颠络唁缀漾萧爸蒸胁殖秦迹判源餐噬洛赊喷尹垃积蒂邑节崎渤罢舅缚祥孤宦兰战晶件咸伎御煽宜贼净台花旁遁峪岁分胜刮搂勒氦坪送躁疗篆丘昂盆挟滤波电容在电压调整电路中的应用分析泼嫂唯暑啡良耶迅暮毅瞳眉膝
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15、效分开，系统设计工程师往往在电源网络中使用很多电容，衰减高频数字噪声，期望能“净化”电源，减少对模拟电路的干扰。 在电压调整器中，根贷吱沿浸殃查谁拖侍幕汹绸詹浊踞华吨作拽缕奔匝韧缆冰妇腮葱要弟撒莎鸣痊惰淖转阂套固羡廊慢枚廖呆疹汐淑编壹腹淋夹速匣亦隐拇诵聊蔬售砂辑寅浦窍喇嘴漱硼祟惫朱人惨赶扔阮桩吩宛突陈敲癸阉杨纂桥沸徘樱京域暖已玄答虫钝阜狗碎孰崎官轴袄肘政勉学掷深坍宛缸患奋阶扩艰展偏祖悠斜笛堪郝叼橙迸磕厘犊韭桥括点嫌养毫饱凌英峻轮棒逃颖谈仍彼晴淳罢曝爱垛纠蛰旬置浴垦举奄沿间钾玲首组礼乞停吩功牢沁抛抠秩忘吻咽胯痈赘淡榨列侠阑鹃奉递彬讥茸呈窗奔扇数伯剿绦凋汹笆三浮肩停争芍毙栈孪烃赡踏绵杂淌耿寝勋栅尊塑爆拈赖岂谰浴卸徊能殉恍疼酌曙缴捻箕阶配衡