大电容滤低频，小电容滤高频？——滤波电容的选择

2013-07-29 20:19:06| 分类： 默认分类 | 标签： |举报 |字号大中小 订阅 用微信 “扫一扫” 将文章分享到朋友圈。 用易信 “扫一扫” 将文章分享到朋友圈。 下载LOFTER客户端 文章一：一直有个疑惑：电容感抗是1/jwC，大电容C大，高频时 w也大，阻抗应该很小，不是更适合滤除高频信号？
然而事实却是：大电容滤除低频信号。

今天找到解答如下：

般的10PF左右的电容用来滤除高频的干扰信号,0.1UF左右的用来滤除低频的纹波干扰,还
可以起到稳压的作用


滤波电容具体选择什么容值要取决于你PCB上主要的工作频率和可能对系统造成影响的谐波
频率，可以查一下相关厂商的电容资料或者参考厂商提供的资料库软件，根据具体的需要
选择。至于个数就不一定了，看你的具体需要了，多加一两个也挺好的，暂时没用的可以
先不贴，根据实际的调试情况再选择容值。如果你PCB上主要工作频率比较低的话，加两个
电容就可以了，一个虑除纹波，一个虑除高频信号。如果会出现比较大的瞬时电流，建议
再加一个比较大的钽电容。


其实滤波应该也包含两个方面，也就是各位所说的大容值和小容值的，就是去耦和旁路。
原理我就不说了，实用点的，一般数字电路去耦0.1uF即可，用于10M以下；20M以上用1
到10个uF，去除高频噪声好些，大概按C=1/f 。旁路一般就比较的小了，一般根据谐振
频率
一般为0.1或0.01uF


说到电容，各种各样的叫法就会让人头晕目眩，旁路电容，去耦电容，滤波电容等等，其
实无论如何称呼，它的原理都是一样的，即利用对交流信号呈现低阻抗的特性，这一点可
以通过电容的等效阻抗公式看出来：Xcap=1/2лfC，工作频率越高，电容值越大则电容的
阻抗越小.。在电路中，如果电容起的主要作用是给交流信号提供低阻抗的通路，就称为旁
路电容；如果主要是为了增加电源和地的交流耦合，减少交流信号对电源的影响，就可以
称为去耦电容；如果用于滤波电路中，那么又可以称为滤波电容；除此以外，对于直流电
压，电容器还可作为电路储能，利用冲放电起到电池的作用。而实际情况中，往往电容的
作用是多方面的，我们大可不必花太多的心思考虑如何定义。本文里，我们统一把这些应
用于高速PCB设计中的电容都称为旁路电容.


电容的本质是通交流，隔直流，理论上说电源滤波用电容越大越好。


但由于引线和PCB布线原因，实际上电容是电感和电容的并联电路，


（还有电容本身的电阻，有时也不可忽略）


这就引入了谐振频率的概念：ω=1/(LC)1/2


在谐振频率以下电容呈容性，谐振频率以上电容呈感性。


因而一般大电容滤低频波，小电容滤高频波。


这也能解释为什么同样容值的STM封装的电容滤波频率比DIP封装更高。


至于到底用多大的电容，这是一个参考


电容谐振频率


电容值 DIP (MHz) STM (MHz)


1.0μF 2.5 5


0.1μF 8 16


0.01μF 25 50


1000pF 80 160


100 pF 250 500


10 pF 800 1.6(GHz)


不过仅仅是参考而已，用老工程师的话说——主要靠经验。


更可靠的做法是将一大一小两个电容并联，


一般要求相差两个数量级以上，以获得更大的滤波频段。


一般来讲，大电容滤除低频波，小电容滤除高频波。电容值和你要滤除频率的平方成反比
。


具体电容的选择可以用公式C=4Pi*Pi /(R * f * f )


电源滤波电容如何选取，掌握其精髓与方法，其实也不难。


1）理论上理想的电容其阻抗随频率的增加而减少(1/jwc),但由于电容两端引脚的电感效应
,这时电容应该看成是一个LC串连谐振电路,自谐振频率即器件的FSR参数,这表示频率大于
FSR值时,电容变成了一个电感,如果电容对地滤波,当频率超出FSR后,对干扰的抑制就大打
折扣,所以需要一个较小的电容并联对地,可以想想为什么?


原因在于小电容,SFR值大,对高频信号提供了一个对地通路,所以在电源滤波电路中我们常
常这样理解:大电容虑低频,小电容虑高频,根本的原因在于SFR(自谐振频率)值不同,当然也
可以想想为什么?如果从这个角度想,也就可以理解为什么电源滤波中电容对地脚为什么要
尽可能靠近地了.


2)那么在实际的设计中,我们常常会有疑问,我怎么知道电容的SFR是多少?就算我知道SFR值
,我如何选取不同SFR值的电容值呢?是选取一个电容还是两个电容?


电容的SFR值和电容值有关,和电容的引脚电感有关,所以相同容值的0402,0603,或直插式电
容的SFR值也不会相同,当然获取SFR值的途径有两个,1)器件Data sheet,如22pf0402电容的
SFR值在2G左右, 2)通过网络分析仪直接量测其自谐振频率,想想如何量测?S21?


知道了电容的SFR值后,用软件仿真,如RFsim99,选一个或两个电路在于你所供电电路的工作
频带是否有足够的噪声抑制比.仿真完后,那就是实际电路试验,如调试手机接收灵敏度时,
LNA的电源滤波是关键,好的电源滤波往往可以改善几个dB.

===================================================================

说的通俗一点，把电容当作一个正在漏水的怀子，把交流电的峰值到来时看作给怀子加水，
在漏水量相等的情况下，那么加水次数的频率高就多用小点的怀子，这样就能保准水位是高的，相反，
在加水次数低频下怀子小了，没等第二次来水时怀中的水位已经下降好多了，所以要用大的水怀来缓
和因漏水造成的水位下降。 文章二：引用为什么在一个大的电容上还并联一个小电容 因为大电容由于容量大，所以体积一般也比较大，且通常使用多层卷绕的方式制作（动手拆过铝电解电容应该会很有体会，没拆过的也可以拿几种不同的电容拆来看看），这就导致了大电容的分布电感比较大（也叫等效串联电感，英文简称ESL）。大家知道，电感对高频信号的阻抗是很大的，所以，大电容的高频性能不好。而一些小容量电容则刚刚相反，由于容量小，因此体积可以做得很小（缩短了引线，就减小了ESL，因为一段导线也可以看成是一个电感的），而且常使用平板电容的结构，这样小容量电容就有很小的ESL，这样它就具有了很好的高频性能，但由于容量小的缘故，对低频信号的阻抗大。所以，如果我们为了让低频、高频信号都可以很好的通过，就采用一个大电容再并上一个小电容的方式。常使用的小电容为0.1uF的瓷片电容，当频率更高时，还可并联更小的电容，例如几pF、几百pF的。而在数字电路中，一般要给每个芯片的电源引脚上并联一个0.1uF的电容到地（这电容叫做去耦电容，当然也可以理解为电源滤波电容。它越靠近芯片的位置越好），因为在这些地方的信号主要是高频信号，使用较小的电容滤波就可以了。 电容的串并联容量公式-电容器的串并联分压公式 1.串联公式：C = C1*C2/(C1 + C2) 2.并联公式C = C1+C2+C3 补充部分： 串联分压比 V1 = C2/(C1 + C2)*V ........电容越大分得电压越小，交流直流条件下均如此 并联分流比 I1 = C1/(C1 + C2)*I ........电容越大通过的电流越大，当然，这是交流条件下 一个大的电容上并联一个小电容 大电容由于容量大，所以体积一般也比较大，且通常使用多层卷绕的方式制作，这就导致了大电容的分布电感比较大（也叫等效串联电感，英文简称ESL）。 电感对高频信号的阻抗是很大的，所以，大电容的高频性能不好。而一些小容量电容则刚刚相反，由于容量小，因此体积可以做得很小（缩短了引线，就减小了ESL，因为一段导线也可以看成是一个电感的），而且常使用平板电容的结构，这样小容量电容就有很小ESL这样它就具有了很好的高频性能，但由于容量小的缘故，对低频信号的阻抗大。 所以，如果我们为了让低频、高频信号都可以很好的通过，就采用一个大电容再并上一个小电容的方式。 常使用的小电容为 0.1uF的CBB电容较好(瓷片电容也行)，当频率更高时，还可并联更小的电容，例如几pF，几百pF的。而在数字电路中，一般要给每个芯片的电源引脚上并联一个0.1uF的电容到地（这个电容叫做退耦电容，当然也可以理解为电源滤波电容,越靠近芯片越好），因为在这些地方的信号主要是高频信号，使用较小的电容滤波就可以了。 理想的电容，其阻抗随频率升高而变小（R＝1/jwc）, 但理想的电容是不存在的，由于电容引脚的分布电感效应，在高频段电容不再是一个单纯的电容，更应该把它看成一个电容和电感的串联高频等效电路，当频率高于其谐振频率时，阻抗表现出随频率升高而升高的特性，就是电感特性，这时电容就好比一个电感了。相反电感也有同样的特性。 大电容并联小电容在电源滤波中非常广泛的用到，根本原因就在于电容的自谐振特性。大小电容搭配可以很好的抑制低频到高频的电源干扰信号，小电容滤高频（自谐振频率高），大电容滤低频（自谐振频率低），两者互为补充。