電源往往是我們在電路設計過程中最容易忽略的環節。作為一款優秀的設計,電源設計應當是很重要的,它很大程度影響了整個系統的性能和成本。電源設計中的電容使用 ,往往又是電源設計中最容易被忽略的地方。
一、電源設計中電容的工作原理
在電源設計應用中,電容主要用于濾波( filter )和退耦/旁路( decoupling/bypass )。濾波是將信號中特定波段頻率濾除的操作,是抑制和防止干擾的一項重要措施。根據觀察某一隨機過程的結果 ,對另一與之有關的隨機過程進行估計的概率理論與方法。濾波一詞起源于通信理論,它是從含有干擾的接收信號中提取有用信號的一種技術。"接收信號” 相當于被觀測的隨機過程,“有用信號” 相當于被估計的隨機過程。
濾波主要指濾除外來噪聲,而退耦/旁路(一種,以旁路的形式達到退耦效果,以后用“退耦”代 替)是減小局部電路對外的噪聲干擾。很多人容易把兩者搞混。下面我們看一個電路結構 :
圖中電源為A和B供電。電流經C1后再經過一段PCB走線分開兩路分別供給A和B。當A在某一瞬間需要一個很大的電流時 , 如果沒有C2和C3 ,那么會因為線路電感的原因A端的電壓會變低,而B端電壓同樣受A端電壓影響而降低,于是局部電路A的電流變化弓|起了局部電路B的電源電壓,從而對B電路的信號產生影響。同樣, B的電流變化也會對A形成干擾。這就是“共路耦合干擾"
增加了C2后,局部電路再需要-個瞬間的大電流的時候,電容C2可以為A暫時提供電流,即使 共路部分電感存在, A端電壓不會下降太多。對B的影響也會減小很多。于是通過電流旁路起到了退耦的作用。
一般濾波主要使用大容量電容,對速度要求不是很快,但對電容值要求較大。如果圖中的局部電路A是指一個芯片的話,而且電容盡可能靠近芯片的電源引腳。而如果“局部電路A"是指一個功能模塊的話,可以使用瓷片電容,如果容量不夠也可以使用鉭電容或鋁電解電容(前提是功能模塊中各芯片都有了退耦電容一瓷片電容 )。
濾波電容的容量往往都可以從電源芯片的數據手冊里找到計算公式。如果濾波電路同時使用電解電容、鉭電容和瓷片電容的話,這樣能保護鉭電容。瓷片電容放在鉭電容后面。這樣可以獲得最好的濾波效果。