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电容退耦的原理

来源:华强电子网 作者:华仔 浏览:923

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摘要: 1、电容退耦的两种解释 采用电容退耦是解决电源噪声问题的主要方法。这种方法对提高瞬态电流的响应速度,降低电源分配系统的阻抗都非常有效。 对于电容退耦, 很多资料中都有涉及, 但是阐述的角度不同。 有些是从局部电荷存储 (即储能)的角度来说明,有些是从电源分配系统的阻抗的角度来说明,还有些资料的说明更为混乱,一会提储能,一会提阻抗,因此很多人在看资料的时候感到有些迷惑。其实,这两种提法,本质上是相同

1、电容退耦的两种解释 采用电容退耦是解决电源噪声问题的主要方法。这种方法对提高瞬态电流的响应速度,降低电源分配系统的阻抗都非常有效。 对于电容退耦, 很多资料中都有涉及, 但是阐述的角度不同。 有些是从局部电荷存储 (即储能)的角度来说明,有些是从电源分配系统的阻抗的角度来说明,还有些资料的说明更为混乱,一会提储能,一会提阻抗,因此很多人在看资料的时候感到有些迷惑。其实,这两种提法,本质上是相同的,只不过看待问题的视角不同而已。为了让大家有个清楚的认识,本文分别介绍一下这两种解释。1.1 从储能的角度来说明电容退耦原理。 在制作电路板时, 通常会在负载芯片周围放置很多电容, 这些电容就起到电源退耦作用。其原理可用图 1 说明。当负载电流不变时,其电流由稳压电源部分提供,即图中的 I0,方向如图所示。此时电容两端电压与负载两端电压一致,电流 Ic为 0,电容两端存储相当数量的电荷,其电荷数量和电容量有关。当负载瞬态电流发生变化时,由于负载芯片内部晶体管电平转换速度极快,必须在极短的时间内为负载芯片提供足够的电流。 但是稳压电源无法很快响应负载电流的变化,因此,电流 I0 不会马上满足负载瞬态电流要求,因此负载芯片电压会降低。但是由于电容电压与负载电压相同,因此电容两端存在电压变化。对于电容来说电压变化必然产生电流,此时电容对负载放电,电流 I 不再为 0,为负载芯片提供电流。根据电容等式:只要电容量 C 足够大,只需很小的电压变化,电容就可以提供足够大的电流,满足负载瞬态电流的要求。这样就保证了负载芯片电压的变化在容许的范围内。这里,相当于电容预先存储了一部分电能,在负载需要的时候释放出来,即电容是储能元件。储能电容的存在使负载消耗的能量得到快速补充,因此保证了负载两端电压不至于有太大变化,此时电容担负的是局部电源的角色。 从储能的角度来理解电源退耦,非常直观易懂,但是对电路设计帮助不大。从阻抗的角度理解电容退耦,能让我们设计电路时有章可循。实际上,在决定电源分配系统的去耦电容量的时候,用的就是阻抗的概念。1.2 从阻抗的角度来理解退耦原理。 将图 1 中的负载芯片拿掉,如图 2所示。从 AB 两点向左看过去,稳压电源以及电容退耦系统一起,可以看成一个复合的电源系统。这个电源系统的特点是:不论 AB 两点间负载瞬态电流如何变化,都能保证 AB 两点间的电压保持稳定,即 AB 两点间电压变化很小。我们可以用一个等效电源模型表示上面这个复合的电源系统,如图 3我们的最终设计目标是,不论 AB 两点间负载瞬态电流如何变化,都要保持 AB 两点间电压变化范围很小,根据公式 2,这个要求等效于电源系统的阻抗 Z 要足够低。在图2中,我们是通过去耦电容来达到这一要求的,因此从等效的角度出发,可以说去耦电容降低了电源系统的阻抗。另一方面,从电路原理的角度来说,可得到同样结论。电容对于交流信号呈现低阻抗特性,因此加入电容,实际上也确实降低了电源系统的交流阻抗。 从阻抗的角度理解电容退耦,可以给我们设计电源分配系统带来极大的方便。实际上,电源分配系统设计的最根本的原则就是使阻抗最小。 最有效的设计方法就是在这个原则指导下产生的。
型号 厂商 价格
EPCOS 爱普科斯 /
STM32F103RCT6 ST ¥461.23
STM32F103C8T6 ST ¥84
STM32F103VET6 ST ¥426.57
STM32F103RET6 ST ¥780.82
STM8S003F3P6 ST ¥10.62
STM32F103VCT6 ST ¥275.84
STM32F103CBT6 ST ¥130.66
STM32F030C8T6 ST ¥18.11
N76E003AT20 NUVOTON ¥9.67