電容的一般類(lèi)型和應(yīng)用分析

　　大電容可作為低頻和大電流電路的旁路，而小電容則作為高頻旁路。等效電路的模型將會(huì)隨不同的封裝類(lèi)型而改變。其中主要的是等效串聯(lián)電感（ESL）。封裝越小，串聯(lián)寄生參數(shù)就越小。在一些寬頻系統(tǒng)中，需要并聯(lián)多個(gè)電容。旁路電容必須盡可能地靠近電源接腳。電容的另一端需要透過(guò)過(guò)孔或者寬地線(xiàn)連接到地平面，以保持低阻抗。電容的材料和結(jié)構(gòu)將決定其特性，例如寄生特性、溫度穩(wěn)定性、最大電壓、線(xiàn)性度、成本和尺寸。表1列舉了各種最常用的表面黏著電容。

　　陶瓷電容是最常見(jiàn)的電容類(lèi)型，塬因是便宜，容量範(fàn)圍寬，可以提供可靠的性能。鉭電容、Oscan以及鋁電解電容都是有極性電容，特別適合作為旁路電容。鉭電容的應(yīng)用範(fàn)圍是低壓系統(tǒng)。鋁電解是從低頻到中頻系統(tǒng)的常規(guī)選擇，但不適合開(kāi)關(guān)電路（這種電容的電荷保持性能太好了，不適合週期快速的生產(chǎn)測(cè)試）。Oscan是一種特殊的電容，它的寄生參數(shù)小，頻率範(fàn)圍寬，溫度範(fàn)圍廣，品質(zhì)最好，價(jià)錢(qián)也最高。如果你有足夠預(yù)算，這種電容可為任何電路提供高品質(zhì)的旁路。另外還有云母和塑料薄膜電容。他們主要用于濾波器設(shè)計(jì)而不是旁路。由于陶瓷電容被最廣泛地作為旁路電容，討論一下如何進(jìn)行選購(gòu)將是很有意義的。和所期望的那樣，陶瓷電容具有寬範(fàn)圍的容值和各種封裝。在這些參數(shù)中，還需要進(jìn)一步選擇，才能確定最終的價(jià)格。在最新的材料清單中，電容被標(biāo)誌為‘X7R’。這裡，X和7標(biāo)誌著最寬的溫度範(fàn)圍。最后的字母R代表電容在整個(gè)溫度範(fàn)圍上的容差。該例中，電容在整個(gè)溫度範(fàn)圍上的變化量?jī)H為15%。寬溫度範(fàn)圍和嚴(yán)格的容差意味著高價(jià)

　　選擇旁路電容的封裝

　　一旦電介質(zhì)材料、電介質(zhì)品質(zhì)、溫度範(fàn)圍、可接受的漏電流以及電壓範(fàn)圍都滿(mǎn)足后，最后的選擇就剩下封裝尺寸了。通常，封裝尺寸的選擇依據(jù)是：‘上次用的是什么’，或者是否足夠大到適合手工焊接（如果是塬型設(shè)計(jì)）。需要記住的是，等效電路的模型將會(huì)隨不同的封裝類(lèi)型而改變。其中主要的是等效串聯(lián)電感（ESL）。很顯然，只要電容值保持恒定，這種電容的結(jié)構(gòu)就是恒定的。但如果對(duì)于同樣的電容有許多封裝類(lèi)型，那么位于極板和外層封裝之間的連接必定改變。這會(huì)帶來(lái)額外的串聯(lián)電阻和電感。封裝越小，串聯(lián)寄生參數(shù)就越小。為了證實(shí)這一趨勢(shì)，請(qǐng)參見(jiàn)圖3。正如期望的那樣，等效串聯(lián)電感將隨著封裝尺寸的減小而不斷縮減。特別注意圖 1中的1206和0612例子。

　　儘管他們的佔(zhàn)位面積相同，1206的焊接點(diǎn)在兩端，而0612的焊接點(diǎn)在兩個(gè)長(zhǎng)邊。這只是方向上的簡(jiǎn)單變化，卻使封裝的內(nèi)部連接小了許多。令人欣喜的是，ESL降低了95%。在高頻寬電路中，串聯(lián)電感值決定了旁路電路為電源接腳提供低阻抗的能力上限。有關(guān)這點(diǎn)將在下節(jié)中進(jìn)一步介紹。

　　表1：常見(jiàn)電容的指標(biāo)和分析。

表２：陶瓷電容的分類(lèi)。

表３：表面黏著封裝及其等效串聯(lián)電感。

圖１：1206和0612兩種表面黏著封裝例子。

圖2：實(shí)際（非理想）電容的阻抗特性。

　　圖3：不同表面黏著封裝的實(shí)際（非理想）電容阻抗。

　　確定旁路電容值

　　通常旁路電容的值都是依慣例或典型值來(lái)選取的。例如，常用的容值是1μF和0.1μF。簡(jiǎn)單的說(shuō)，大電容作為低頻和大電流電路的旁路，而小電容作為高頻旁路。採(cǎi)用多個(gè)電容源于與實(shí)際電容相關(guān)的寄生參數(shù)。圖2為一個(gè)實(shí)際電容的阻抗特性。

　　坐標(biāo)軸上沒(méi)有具體數(shù)據(jù)，其數(shù)值可以透過(guò)縮放適合任何電容。曲線(xiàn)的左半部份代表傳統(tǒng)（和理想的）電容響應(yīng)：隨著頻率的增加，電容的阻抗減少。這正是想要的特性，這是因?yàn)榕月冯娙轂殡娫淳€(xiàn)上的交流訊號(hào)提供了一個(gè)低阻抗迴路（等效短路）。曲線(xiàn)的負(fù)斜率是常數(shù)，但橫向位置取決于電容的大小。例如電容變大時(shí)，曲線(xiàn)的左半部份將向頻率的低階（向坐標(biāo)軸左側(cè)）行動(dòng)。

　　電容封裝中的任何電感都將引起正斜率，如圖中的右半部份所示。在這一頻率範(fàn)圍內(nèi)，電感先被抵銷(xiāo)，然后又主導(dǎo)了電容提供的低阻抗。由于阻抗與旁路電容的大小和構(gòu)造有關(guān)，頻率響應(yīng)也因此與這些因素有關(guān)，如圖3所示。因此需要仔細(xì)閱讀數(shù)據(jù)手冊(cè)，確保可以選購(gòu)到合適的旁路電容封裝，這種封裝應(yīng)能在目前系統(tǒng)工作頻率下提供低阻抗性能。請(qǐng)記住，　　表4所列的ESL範(fàn)圍為幾百pH。只有當(dāng)系統(tǒng)頻率高于100MHz時(shí)對(duì)阻抗的影響才會(huì)越來(lái)越大。高頻寬系統(tǒng)的旁路

　　在一些寬頻系統(tǒng)中，用一只單電容旁路是不夠的。因?yàn)橛卸鄠€(gè)頻率耦合到電源線(xiàn)上，旁路網(wǎng)路必須為寬範(fàn)圍的頻率提供低阻抗。由于阻抗曲線(xiàn)的斜率具有實(shí)體限制，既有負(fù)的也有正的，故需要并聯(lián)多個(gè)電容。當(dāng)然，在選擇每個(gè)電容的封裝類(lèi)型時(shí)必須謹(jǐn)慎。通常BOM表中會(huì)規(guī)定所有的被動(dòng)元件都要選用相同的尺寸，如都用0805電容。圖4為叁只電容并聯(lián)后的阻抗與頻率關(guān)係。

　　圖4：叁只採(cǎi)用相同表面黏著封裝的電容并聯(lián)阻抗。

　　由于每只電容採(cǎi)用相同的封裝，故它們的高頻響應(yīng)相同。于是，這就否定了更小電容的採(cǎi)用！相反，封裝尺寸應(yīng)該

　　隨同電容值一起微縮，見(jiàn)圖5。

　　圖5：叁只採(cǎi)用不同表面黏著封裝的電容并聯(lián)阻抗。

　　當(dāng)然，上述細(xì)節(jié)暗示著必須對(duì)旁路電容的佈局予以密切關(guān)注。任何走線(xiàn)長(zhǎng)度的增加都將提高旁路路徑上的阻抗。每條走線(xiàn)都會(huì)貢獻(xiàn)單位長(zhǎng)度上的阻抗，線(xiàn)越長(zhǎng)，旁路路徑上的有用頻率就越低（相當(dāng)于將圖2中的曲線(xiàn)左移）。因此，旁路電容必須盡可能地靠近電源接腳。電容的另一端需要透過(guò)過(guò)孔或者寬地線(xiàn)連接到地平面，以保持低阻抗。