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1、电路设计中如何选择电容电容按功能分一般可分为耦合电容，滤波电容，谐振电容和旁路电容等，如何在电路设计过程中选择电容的大小和耐压值呢？ 一、首先我们了解一下电容的基础知识： 1、电容的分类和作用 电容(Electric capacity)，由两个金属极，中间夹有绝缘材料（介质）构成。由于绝缘材料的不同，所构成的电容器的种类也有所不同： 按结构可分为：固定电容，可变电容，微调电容。 按介质材料可分为：气体介质电容，液体介质电容，无机固体介质电容，有机固体介质电容电解电容。 按极性分为：有极性电容和无极性电容。 我们最常见到的就是电解电容。 电容在电路中具有隔断直流电，通过交流电的作用。 2、电容的
2、符号 电容的符号同样分为国内标表示法和国际电子符号表示法，但电容符号在国内和国际表示都差不多，唯一的区别就是在有极性电容上，国内的是一个空筐下面一根横线，而国际的就是普通电容加一个“”符号代表正极。 在电路图示中，电容一般用C符号标识。 3、电容的单位 电阻的基本单位是：F （法），此外还有F（微法）、nF（纳法）、pF（皮法），由于电容 F 的容量非常大，所以我们看到的一般都是F、nF、pF，而不是F。 他们之间的具体换算如下：1F1000000F 1F=1000nF=1000000pF 4、电容的耐压 单位：V（伏特） 每一个电容都有它的耐压值，这是电容的重要参数之一。普通无极性电容的标称
3、耐压值有：63V、100V、160V、250V、400V、600V、1000V等，有极性电容的耐压值相对要比无极性电容的耐压要低，一般的标称耐压值有：4V、6.3V、10V、16V、25V、35V、50V、63V、80V、100V、220V、400V等。 5、电容的种类 电容的种类有很多，可以从原理上分为：无极性可变电容、无极性固定电容、有极性电容等，从材料上可以分为：CBB电容（聚乙烯），涤纶电容、瓷片电容、云母电容、独石电容、电解电容、钽电容等。 二、电容特性和选择规则。 名称：聚酯（涤纶）电容（CL） 符号： 电容量：40p-4u 额定电压：63-630V 主要特点：小体积，大容量，耐热
4、耐湿，稳定性差 应用：对稳定性和损耗要求不高的低频电路 名称：聚苯乙烯电容（CB） 符号： 电容量：10p-1u 额定电压：100V-30KV 主要特点：稳定，低损耗，体积较大 应用：对稳定性和损耗要求较高的电路 名称：聚丙烯电容（CBB） 符号： 电容量：1000p-10u 额定电压：63-2000V 主要特点：性能与聚苯相似但体积小，稳定性略差 应用：代替大部分聚苯或云母电容，用于要求较高的电路 名称：云母电容（CY） 符号： 电容量：10p-0.1u 额定电压：100V-7kV 主要特点：高稳定性，高可靠性，温度系数小 应用：高频振荡，脉冲等要求较高的电路 名称：高频瓷介电容（CC） 符
5、号： 电容量：1-6800p 额定电压：63-500V 主要特点：高频损耗小，稳定性好 应用：高频电路 名称：低频瓷介电容（CT） 符号： 电容量：10p-4.7u 额定电压：50V-100V 主要特点：体积小，价廉，损耗大，稳定性差 应用：要求不高的低频电路 名称：玻璃釉电容（CI） 符号： 电容量：10p-0.1u 额定电压：63-400V 主要特点：稳定性较好，损耗小，耐高温（200度） 应用：脉冲、耦合、旁路等电路 名称：铝电解电容 符号： 电容量：0.47-10000u 额定电压：6.3-450V 主要特点：体积小，容量大，损耗大，漏电大 应用：电源滤波，低频耦合，去耦，旁路等 名称
6、：但电解电容（CA）铌电解电容（CN） 符号： 电容量：0.1-1000u 额定电压：6.3-125V 主要特点：损耗、漏电小于铝电解电容 应用：在要求高的电路中代替铝电解电容 名称：空气介质可变电容器 符号： 可变电容量：100-1500p 主要特点：损耗小，效率高；可根据要求制成直线式、直线波长式、直线频率式及对数式等 应用：电子仪器，广播电视设备等 名称：薄膜介质可变电容器 符号： 可变电容量：15-550p 主要特点：体积小，重量轻；损耗比空气介质的大 应用：通讯，广播接收机等 名称：薄膜介质微调电容器 符号： 可变电容量：1-29p 主要特点：损耗较大，体积小 应用：收录机，电子仪器
7、等电路作电路补偿 名称：陶瓷介质微调电容器 符号： 可变电容量：0.3-22p 主要特点：损耗较小，体积较小 应用：精密调谐的高频振荡回路 独石电容最大的缺点是温度系数很高,做振荡器的稳漂让人受不了,我们做的一个555振荡器,电容刚好在7805旁边,开机后,用示波器看频率,眼看着就慢慢变化,后来换成涤纶电容就好多了. 独石电容的特点： 电容量大、体积小、可靠性高、电容量稳定，耐高温耐湿性好等。 应用范围：广泛应用于电子精密仪器。各种小型电子设备作谐振、耦合、滤波、旁路。 容量范围：0.5PF-1UF 耐压：二倍额定电压。 里面说独石又叫多层瓷介电容，分两种类型，1型性能挺好，但容量小，一般小于
8、0.2U，另一种叫II型，容量大，但性能一般。 就温漂而言: 独石为正温糸数+130左右,CBB为负温系数-230,用适当比例并联使用,可使温漂降到很小. 三、电容大小的选择。 在电路设计中，电容的容量大小直接关系到电路的稳定性，例如：根据公式“CI/(V/t)”，假设某电路平均电流为6A，V=50mV，t=10S，就可计算出此处对电容总容量的要求为1200F。如果选用1000UF可能在短期内不会出现问题，但长时间运行就会出现电容暴浆等故障。在电路设计过程中，并不是电容越大，滤波效果越好，这要看具体电路，在低频电路中，电容值越大，对纹波的滤除效果就越好，但如果有高频信号，就不一定了。在高频段要
9、选择合适的电容值和电容类型，一般采用云母电容和高频瓷片电容，电容值一般都比较小。 高速数字电路设计电容选型首选法则及实例分析 关键词：去耦（decouple）、旁路（Bypass）、等效串联电感（ESL）、等效串联电阻（ESR）、 高速电路设计、电源完整性（PI）、信号完整性（SI） 高手和前辈们总是告诉我们这样的经验法则：“在电路板的电源接入端放置一个110F 的电容，滤除低频噪声；在电路板上每个器件的电源与地线之间放置一个0.010.1F 的 电容，滤除高频噪声。”在书店里能够得到的大多数的高速PCB 设计、高速数字电路设计的 经典教程中也不厌其烦的引用该首选法则（老外俗称Rule of
10、Thumb）。但是为什么要这样使用呢？ 首先就我的理解介绍两个常用的简单概念。 什么是旁路？旁路（Bypass），是指给信号中的某些有害部分提供一条低阻抗的通路。电源中高频干扰是典型的无用成分，需要将其在进入目标芯片之前提前干掉，一般我们采用 电容到达该目的。用于该目的的电容就是所谓的旁路电容（Bypass Capacitor）,它利用了电容的频率阻抗特性（理想电容的频率特性随频率的升高，阻抗降低，这个地球人都知道）， 可以看出旁路电容主要针对高频干扰（高是相对的，一般认为20MHz 以上为高频干扰， 20MHz 以下为低频纹波）。 什么是退耦？退耦（Decouple），最早用于多级电路中，为
11、保证前后级间传递信号而不互相影响各级静态工作点的而采取的措施。在电源中退耦表示，当芯片内部进行开关动作或输出发生变化时，需要瞬时从电源线上抽取较大电流，该瞬时的大电流可能导致电源线上电压的降低，从而引起对自身和其他器件的干扰。为了减少这种干扰，需要在芯片附近设置一个储电的“小水池”以提供这种瞬时的大电流能力。在电源电路中，旁路和退耦都是为了减少电源噪声。旁路主要是为了减少电源上的噪声对器件本身的干扰（自我保护）；退耦是为了减少器件产生的噪声对电源的干扰（家丑不外扬）。有人说退耦是针对低频、旁路是针对高频，我认为这样说是不准确的，高速芯片内部开关操作可能高达上GHz，由此引起对电源线的干扰明显已
12、经不属于低频的范围，为此目的的退耦电容同样需要有很好的高频特性。本文以下讨论中并不刻意区分退耦和旁路，认为都是为了滤除噪声，而不管该噪声的来源。 简单说明了旁路和退耦之后，我们来看看芯片工作时是怎样在电源线上产生干扰的。我 们建立一个简单的IO Buffer 模型，输出采用图腾柱IO 驱动电路，由两个互补MOS 管组成 的输出级驱动一个带有串联源端匹配电阻的传输线（传输线阻抗为Z0）。 设电源引脚和地引脚的封装电感和引线电感之和分别为：Lv 和Lg。两个互补的MOS 管 （接地的NMOS 和接电源的PMOS）简单作为开关使用。假设初始时 刻传输线上各点的电压 和电流均为零，在某一时刻器件将驱动
13、传输线为高电平，这时候器件就需要从电源管脚吸收 电流。在时间T1，使PMOS 管导通，电流从PCB 板上的VCC 流入，流经封装电感Lv，跨越PMOS 管，串联终端电阻，然后流入传输线，输出电流幅度为VCC/（2Z0）。电流在传输线 网络上持续一个完整的返回（Round-Trip）时间，在时间T2 结束。之后整个传输线处于电 荷充满状态，不需要额外流入电流来维持。当电流瞬间涌过封装电感Lv 时，将在芯片内部 的电源提供点产生电压被拉低的扰动。该扰动在电源中被称之为同步开关噪声（SSN， Simultaneous Switching Noise；SSO，Simultaneous Switchin
14、g Output Noise）或Delta I 噪声。 在时间T3，关闭PMOS 管，这一动作不会导致脉冲噪声的产生，因为在此之前PMOS 管 一直处于打开状态且没有电流流过的。同时打开NMOS 管，这时传输线、地平面、封装电感 Lg 以及NMOS 管形成一回路，有瞬间电流流过开关B，这样在芯片内部的地结点处产生参考 电平点被抬高的扰动。该扰动在电源系统中被称之为地弹噪声（Ground Bounce，我个人读 着地tan）。 实际电源系统中存在芯片引脚、PCB 走线、电源层、底层等任何互连线都存在一定电感 值，因此上面就IC 级分析的SSN 和地弹噪声在进行Board Level 分析时，以同样的方式存 在，而不仅仅局限于芯片内部。就整个电源分布系统来说（Power Distribute System）来 说，这就是所谓的电源电压塌陷噪声。因为芯片输出的开关操作以及芯片内部的操作，需要 瞬时的从电源抽取较大的电流，而电源特性来说不能快速
