電容在電源設(shè)計(jì)中的不可或缺

陶瓷電容有一個(gè)很大的缺點(diǎn)，就是易碎。所以需要避免磕碰，盡量遠(yuǎn)離電路板易發(fā)生形變的地方。

3)鉭電容無(wú)論是原理和結(jié)構(gòu)都像一個(gè)電池。下面是鉭電容的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖：

鉭電容擁有體積小、容量大、速度快、ESR低等優(yōu)勢(shì)，價(jià)格也比較高。決定鉭電容容量和耐壓的是原材料鉭粉顆粒的大小。顆粒越細(xì)可以得到越大的電容，而如果想得到較大的耐壓就需要較厚的Ta2O5，這就要求使用顆粒大些的鉭粉。所以體積相同要想獲得耐壓高而又容量大的鉭電容難度很大。鉭電容需引起注意的另一個(gè)地方是：鉭電容比較容易擊穿而呈短路特性，抗浪涌能力差。很可能由于一個(gè)大的瞬間電流導(dǎo)致電容燒毀而形成短路。這在使用超大容量鉭電容時(shí)需考慮(比如1000uF鉭電容)。

從上面可以了解到不同的電容有不同的應(yīng)用場(chǎng)合，并不是價(jià)格越高越好。

2 電源設(shè)計(jì)中電容的作用

在電源設(shè)計(jì)應(yīng)用中，電容主要 用于濾波(filter)和退耦/旁路(decoupling/bypass)。

濾波主要指濾除外來(lái)噪聲，而退耦/旁路(一種，以旁路的形式達(dá)到退耦效果，以后用“退耦”代替)是減小局部電路對(duì)外的噪聲干擾。很多人容易把兩者搞混。下面我們看一個(gè)電路結(jié)構(gòu)：

圖中開(kāi)關(guān)電源為A和B供電。電流經(jīng)C1后再經(jīng)過(guò)一段PCB走線(暫等效為一個(gè)電感，實(shí)際用電磁波理論分析這種等效是有誤的，但為方便理解，仍采用這種等效方式。)分開(kāi)兩路分別供給A和B。開(kāi)關(guān)電源出來(lái)的紋波比較大，于是我們使用C1對(duì)電源進(jìn)行濾波，為A和B提供穩(wěn)定的電壓。C1需要盡可能的靠近電源放置。C2和C3均為旁路電容，起退耦作用。當(dāng)A在某一瞬間需要一個(gè)很大的電流時(shí)，如果沒(méi)有C2和C3，那么會(huì)因?yàn)榫€路電感的原因A端的電壓會(huì)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的電流變化引起了局部電路B的電源電壓，從而對(duì)B電路的信號(hào)產(chǎn)生影響。同樣，B的電流變化也會(huì)對(duì)A形成干擾。這就是“共路耦合干擾”。

增加了C2后，局部電路再需要一個(gè)瞬間的大電流的時(shí)候，電容C2可以為A暫時(shí)提供電流，即使共路部分電感存在，A端電壓不會(huì)下降太多。對(duì)B的影響也會(huì)減小很多。于是通過(guò)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(duì)速度要求不是很快，但對(duì)電容值要求較大。一般使用鋁電解電容。浪涌電流較小的情況下，使用鉭電容代替鋁電解電容效果會(huì)更好一些。從上面的例子我們可以知道，作為退耦的電容，必需有很快的響應(yīng)速度才能達(dá)到效果。如果圖中的局部電路A是指一個(gè)芯片的話，那么退耦電容要用瓷片電容，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(gè)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-瓷片電容)。

濾波電容的容量往往都可以從開(kāi)關(guān)電源芯片的數(shù)據(jù)手冊(cè)里找到計(jì)算公式。如果濾波電路同時(shí)使用電解電容、鉭電容和瓷片電容的話，把電解電容放的離開(kāi)關(guān)電源最近，這樣能保護(hù)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。

退耦電容需要滿足兩個(gè)要求，一個(gè)是容量需求，另一個(gè)是ESR需求。也就是說(shuō)一個(gè)0.1uF的電容退耦效果也許不如兩個(gè)0.01uF電容效果好。而且，0.01uF電容在較高頻段有更低的阻抗，在這些頻段內(nèi)如果一個(gè)0.01uF電容能達(dá)到容量需求，那么它將比0.1uF電容擁有更好的退耦效果。

很多管腳較多的高速芯片設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊(cè)會(huì)給出電源設(shè)計(jì)對(duì)退耦電容的要求，比如一款500多腳的BGA封裝要求3.3V電源至少有30個(gè)瓷片電容，還要有幾個(gè)大電容，總?cè)萘恳?00uF以上。