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單片機(jī)芯片附近為什么放0.1uF的電容?

語音芯片IC附近為什么放0.1uF的電容?1uF不行嗎?

我們在電源濾波電路上可以看到各種各樣的電容,100uF、10uF、100nF、10nF不同的容值,那么這些參數(shù)是如何確定的?

數(shù)字電路要運(yùn)行穩(wěn)定可靠,電源一定要”干凈“,并且能量補(bǔ)充一定要及時,也就是濾波去耦一定要好。什么是濾波去耦,簡單的說就是在芯片不需要電流的時候存儲能量,在需要電流的時候又能及時地補(bǔ)充能量。有讀者看到這里會說,這個職責(zé)不是DC/DC、LDO的嗎?對,在低頻的時候它們可以搞定,但高速的數(shù)字系統(tǒng)就不一樣了。

先來看看電容,電容的作用簡單來說就是存儲電荷。我們都知道在電源中要加電容濾波,在每個芯片的電源腳放置一個0.1uF的電容去耦。但是,怎么有些板子芯片的電源腳旁邊的電容是0.1uF的或者0.01uF的,有什么講究嗎?

要搞懂這個道道就要了解電容的實(shí)際特性。理想的電容它只是一個電荷的存儲器,即C,而實(shí)際制造出來的電容卻不是那么簡單。分析電源完整性的時候我們常用的電容模型如圖1所示。

圖片

圖1單片機(jī)芯片

圖1中,ESR是電容的串聯(lián)等效電阻,ESL是電容的串聯(lián)等效電感,C才是真正的理想電容。ESR和ESL是由電容的制造工藝和材料決定的,沒法消除。那這兩個東西對電路有什么影響?ESR影響電源的紋波,ESL影響電容的濾波頻率特性。

我們知道:

電容的容抗

Zc=1/ωC

電感的感抗

Zl=ωL,ω=2πf

實(shí)際電容的復(fù)阻抗為:

Z=ESR+jωL-1/jωC

=ESR+j2πf L-1/j2πf C

可見,當(dāng)頻率很低的時候是電容起作用,而頻率高到一定程度電感的作用就不可忽視了;再高的時候電感就起主導(dǎo)作用了,電容就失去濾波的作用了。所以記住,高頻的時候電容就不是單純的電容了。實(shí)際電容的濾波曲線如圖2所示。

圖片

圖2定時IC

上面說了,電容的等效串聯(lián)電感是由電容的制造工藝和材料決定的。實(shí)際的貼片陶瓷電容,ESL從零點(diǎn)幾nH到幾個nH不等,封裝越小ESL就越小。

從圖2中看出,電容的濾波曲線并不是平坦的,它像一個’V’,也就是說有選頻特性。有時候我們希望它越平越好(前級的板級濾波),而有時候希望它越尖越好(濾波或陷波)。

影響這個特性的是電容的品質(zhì)因素Q:

Q=1/ωCESR

ESR越大,Q就越小,曲線就越平坦;反之ESR越小,Q就越大,曲線就越尖。

通常鉭電容和鋁電解有比較小的ESL,而ESR大,所以鉭電容和鋁電解具有很寬的有效頻率范圍,非常適合前級的板級濾波。也就是說,在DC/DC或者LDO的輸入級,常常用較大容量的鉭電容來濾波。而在靠近芯片的地方放一些10uF和0.1uF的電容來去耦,陶瓷電容有很低的ESR。

說了那么多,那到底在靠近芯片的管腳處放置0.1uF還是0.01uF?下面列出來給大家參考。

頻率范圍/Hz               電容取值

DC-100K                       10uF以上的鉭電容或鋁電解

100K-10M                     100nF(0.1uF)陶瓷電容

10M~100M                   10nF(0.01uF)陶瓷電容

>100M                              1nF(0.001uF)陶瓷電容、PCB電源與地間的電容

所以,以后不要見到什么都放0.1uF的電容,有些高速系統(tǒng)中這些0.1uF的電容根本就起不了作用。

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