如何选择旁路电容大小

关键要点

  • 了解旁路电容

  • 影响旁路电容大小和布局的因素

  • 确定旁路电容器大小时电阻和阻抗的关系

大多数工程师都知道电涌会在电路中产生高频噪声。这可能会导致振铃或阻抗不匹配等问题,从而导致干扰或功率传输不足。这就是几乎所有类型的电气设备都需要接地的原因。接地是防止超压和相关噪声通过电源影响电路,从而使电路稳定的有效方法。这可以通过在电路设计中使用电容器,尤其是旁路电容器来实现。

这些旁路电容器的放置方式和位置在保证电路的功能和安全性方面起着重要作用。工程师应该对旁路电容器大小给予同样的重视。本文将讨论旁路电容器的基础知识以及它们在广泛的电路布局中的容值要求。

什么是旁路电容?

在系统电路中,必须保持干净的信号。对于连接到直流电源的旁路电容器,可以将高频交流噪声短接到地来获得干净的直流信号。旁路电容的一端连接到电源引脚,而另一端连接到地。利用电容的隔直流、通交流的特征,纯直流信号直接传递给电路。当电容器检测到交流信号时,它会过滤掉这个信号并将其旁路到地。该功能的优点是:

  • 去除电路中电阻
  • 通过存储电荷可以消除电路中的压降

通常,我们可以看到去耦电容器和旁路电容器这两个术语,它们是可以互换使用的。这些电容器具有相似的功能,即阻断交流噪声以提高电路性能。但是,如果我们仔细观察,旁路电容器更关心偏离和旁路噪声,去耦电容器是对信号进行平滑处理。

旁路电容大小和布局

  

在任何标准 PCB 中布局旁路电容器时,通常应将其放置在尽可能靠近 IC 引脚的位置。电容与电源引脚的距离越大,电感越大,信号质量会严重下降。信号质量也很大程度上取决于旁路电容的大小。旁路电容的大小主要是根据电容值来确定的。常用的值为 1μF 和 0.1μF,分别用于处理较低和较高的值频率。

让我们以上述电路为例。当电流通过电路时,它可以采用两种路径:

  1. 通过电阻
  2. 通过电容

电流倾向于走电阻最小的路径,这意味着如果旁路电容提供的电阻小于电阻,则可以实现将交流信号旁路到地的目的。因此,经验法则是电容器的值应至少比电路的电阻Re的值小 10 倍。

在数字或模拟设备中,识别旁路电容值的一般公式是:

c是电抗,f 是工作频率。

旁路电容器的阻抗

旁路电容的大小还取决于电路中的阻抗。可以使用以下公式计算容抗:

这表示电容和阻抗之间的反比关系。当电容器完全充电或放电时,阻抗是无限大的,即它就像一个开路,不允许电流通过。这意味着大电容器需要很长时间进行充电和放电,而小电容器可以快速做到这一点,就像开路一样,不允许电流通过(高阻抗)。因此,当需要低阻抗时,可以使用大容量电容器。

使用 PSpice 计算旁路电容大小

了解通过 IC 的信号行为,包括其频率和阻抗,为选择理想的旁路电容器尺寸提供了适当的途径。如上所述,通常使用的电容值为 1μF 和 0.1μF,以处理低值和高值频率。然而,布局验证和旁路电容器的大小是电路设计的重要部分。

理想的解决方案是使用能够提供完整电路设计、仿真、验证和优化能力的PCB 设计和分析软件。借助Allegro PSpice Simulator等工具,PCB 设计团队可以轻松预测数字或模拟电路的行为、评估其功能并对其进行优化,以实现高性能设计和布局。 

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