西安电子高速PCB学习(四)

news2024/9/24 19:13:33

注意了,信号发生器的不同通路不能并联使用,示波器的信号通路不能并联电源使用,不同信号发生器不能并联使用:

严禁多个电容共用过孔:

多个电容并联时,小容量的电容应更靠近芯片电源引脚,主要原因是为了优化电源去耦性能和滤波效果。具体原因如下:

  1. 高频特性更好:小容量电容(如0.1µF或0.01µF)的高频特性比大容量电容(如10µF或100µF)更好,具有较低的等效串联电感(ESL)和等效串联电阻(ESR),因此能够更有效地滤除高频噪声。将其放在靠近芯片电源引脚的位置,能够更好地抑制由于芯片切换电流引起的高频噪声。

  2. 降低寄生电感的说法我觉得很有道理,因为小电容的高频特性比大电容特性更好,并且具有更低的ESL和ESR,因此通常用于专门滤高频的杂波,在高速高频电路中,寄生电感对滤波效果的影响就变得很重要,放在靠近芯片的地方,可以降低环路面积,因此可以降低寄生电感,所以滤高频的时候更好:

  3. 降低寄生电感:电容越靠近芯片引脚,寄生电感越小,滤波效果越好。对于高频噪声,寄生电感的影响更显著,因此需要将小容量电容放置在距离芯片电源引脚最近的位置,以便最大程度地降低寄生电感,提升去耦效果。

  4. 大电容重在于滤除低频的大幅度振动,平滑波形:
  5. 大容量电容提供稳定电源:大容量电容主要用于提供稳定的直流电源和平滑低频波动,它们的主要作用是在较长时间尺度上维持电源电压的稳定。因此,大容量电容放置在稍远的位置可以提供整体电源的稳定性,而小容量电容则负责处理高频干扰。

电容器在谐振点的特性主要体现在其阻抗和行为上。具体来说,电容器在谐振点的特性与其等效电路模型相关。

电容在低频主要表现为容性。

电容在高频时表现为电感特性。

在谐振频率左边,电容主要呈容性,在谐振频率右边,电容主要呈感性。

可以看到电容的谐振频率通常都是以M计算的,所以一般的板子不用考虑电容的谐振频率:

在频率很低的时候,可以看到,感抗远小于容抗,并且复阻抗的相位为负值,说明电流超前电压,这是典型的电容充电特性,所以说,电容在低频主要表现为容性。

而在高频的时候,感抗远大于容抗,复阻抗的相位为正值,说明电压超前电流,是典型的电感施加电压时的行为特征,所以说,电容在高频时表现为电感特性。

而在谐振时,容抗和感抗相抵为0,此时电容的总阻抗最小,复阻抗相位为0,表现为纯电阻特性,这个点就是电容的自谐振频率。在谐振频率左边,电容主要呈容性,在谐振频率右边,电容主要呈感性。

电容器的等效电路模型

电容器不仅仅表现为一个理想的电容,它还包含一些寄生元素:

  • 等效串联电阻(ESR):反映了电容器中的损耗。
  • 等效串联电感(ESL):这是由于电容器引脚和内部结构的电感效应。
  • 电容值(C):这是电容器的标称电容量。

谐振点

谐振点是指电容器的等效电感(ESL)和电容值(C)产生的电抗相等时的频率。该点的频率称为谐振频率(frf_rfr​),其计算公式为:

fr=12πLCf_r = \frac{1}{2\pi\sqrt{LC}}fr​=2πLC​1​

其中,LLL 是等效串联电感,CCC 是电容值。

在谐振点的特性

  1. 阻抗最小:在谐振点,电容器的阻抗达到最小值,仅由ESR决定。此时,电容器既不像一个电容,也不像一个电感,而表现为一个接近纯电阻的器件。

  2. 电感性行为:在谐振频率以下,电容器主要表现为电容性行为(阻抗随频率增高而降低)。在谐振频率以上,电容器开始表现为电感性行为(阻抗随频率增高而增高)。因此,在谐振频率以上,电容器实际上起到了一个小电感的作用。

  3. 能量传递:在谐振频率下,电容器中的能量在电感和电容之间不断转换,导致阻抗最小,并且如果电容器用于滤波或谐振电路中,它可以有效地传递特定频率的信号。

实际应用

在射频(RF)和高速电路中,这种谐振特性尤为重要。设计人员需要仔细选择电容器,以确保其谐振点不影响电路的正常工作,或者在某些情况下利用谐振点的特性来设计滤波器和谐振器。

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