BYPASS电容的使用和选择（部分内容译自INTERSIL的最新APPLICATION NOTE）

coolzyp

国庆在家几天无事，看着家里那么多以前买的零件和电路板，心又开始痒了，呵呵。忍不住又上坛子看看久违了的钳子们，哈哈
     刚刚看到论坛上一个关于大水塘并小电容的帖子，汗！正好，前几天看资料看到了INTERSIL 的一篇关于BYPASS电容APPLICATION NOTE，里面图文并茂，并有具体的实例，还有针对性地举了几个PCB LAYOUT的实例，很有价值，就借花献佛，算是国庆给大家的贺礼，呵呵
希望对大家认识电容科学理性地使用电容有帮助。
      原文是2007.8.3 的 AN1325.0作者是Tamara Schmitz and Mike Wong，wong估计是个我们华裔吧，呵呵，附件是英文的，超过了论坛的限制，无法上传，英文好的朋友可以上INTERSIL的网站下载看。
     我这里简单翻译了部分内容，帖一下，水平比较差，大家别笑我就行了，希望能对各位有帮助。

BYPASS电容的使用和选择
（部分翻译自INTERSIL公司应用笔记AN1325.0  2007.8.3）
一、        简介：
BYPASS又称退藕电容常见于所有电子设备的功能电路上。大多数工程师都知道要在系统、设备甚至是每个芯片上加BYPASS电容。BYPASS的选择要根据具体电路和情况来进行分析，这个看似很简单的BYPASS电容选择问题，通过下面的具体讨论分析，可以有个深入的了解。我们的讨论基于以下基础：等效电路、电介质和电容类型。
下面识别使用BYPASS电容的主要功能和环境。通常电路会产生大量的电流尖峰电流（SPIKES），因此高频的时候需设置多个不同的旁路来处理这些问题。另外将讨论一些问题如多个旁路电容，电路板布线等。
最后我们有四个具体的例子，正好涉及高低电流和高低频的四种组合。
二、        动机：(问题的产生和BYPASS电容的作用的实例)
以下用面包板搭的一个简单的运放放大电路的具体实例，噪声可能来自电源、内部电路以及电路的连线等等。


我们先看下放大器电源供应引脚上采集的示波器照片

上图可以看到幅度大约为10mVpp的高频噪音，以及许多经常的周期性的超过50mVppD的电流尖峰。这里假定电源供应是稳定的持续的直流供应，一些干扰会直接耦合至电路导致电路的不稳定。
        首先我们为了抵御这个不期望的干扰我们加上了BYPASS电容。BYPASS电容可以消除电路中电源电压的跌落，通过释放储藏的电荷来当电压尖峰产生的时候。并且提供在很宽频率范围内，为电源建立一条低阻抗的对地通路。
        在使用旁路电容之前有四个问题：
1、        选择什么样的旁路电容尺寸
2、        何处放置旁路电容的放置，以使其产生最大功效
3、        选择何种旁路电容的类型，以使其适合和充分地使用在我们的电路中
4、        选择什么样封装的电容最合适
其中第二个问题最容易回答，放置电容最靠近芯片的电源供应引脚，任何额外的长度都会转化为增加的串联电感，这样会使得旁路电容的自身谐振频率下降（有效的带宽降低）

coolzyp

下面是放大器电路增加旁路电容后的情况

BYPASS电容使用前和使用后示波器波形的对比
上面那个是使用前的，下面那个是使用后的


接下来将要讨论的是剩下的三个问题：旁路电容的尺寸、封装和类型

电容基础知识简述
     电容是由2个导电极板和中间的电介质组成，电容的容量跟电介质以及极板之间的距离等有关（这些都是高中物理课上的基础内容就不翻了）

coolzyp

电容的等效模型：（COOLZYP:这里要特别指出的是ESL和C的组合导致了电容谐振，表现在频率阻抗曲线上就是在谐振点会有很大的阻抗变化，因此会影响旁路的效果，甚至会引起震荡，所以大家有时候会看到有些运放的PDF上要求在退藕的电解电容上串联一个几欧的电阻，就是为了降低谐振点的Q值，例如大家可以看看AD797的PDF上的内容，再下面的图）

AD797PDF上的图

名称缩写        说明                        产生原因和细节
ESR        等效串联电阻        电极的引线和连接方式，产生热量
ESL        等效串联电容        取决于封装方式，表面封装的较好，小的SMD更好
Rleak        漏电阻                        取决于电介质

下表是通用电容的特性描述


通过上表的描述，大家可以有个大致的了解，原料及结构决定了电容的属性。
陶瓷电容是用途最广泛，低成本和性能可靠的电容，钽、OSCON和铝电解电容是有极性电容（专门用于滤波退藕）。钽电容适合与低压环境。铝电解一般用于中低频。OSCON是特别的电容，提供低寄生宽频带和宽工作温度（当然最顶级的性能也意味着最高的价格），如果你有足够的预算，OSCON提供最佳的性能应用在任何电路中担任旁路。
云母和塑膜电容主要运用在滤波（FILTER）电路中。
      BYPASS电容封装的选择：SMD提供了更小的ESL，意味着更佳的性能，并且封装越小ESL越低。

coolzyp

下面的图很好的说明了什么是电容谐振点以及为什么要多个电容并联效果比较好

上述的图可以看出，
1、        尺寸越小的电容谐振频率越高（选择合适的电容可以将谐振点移出我们的应用频率范围之外）
2、        多个并联的电容可以减小单个电容谐振点的影响，同时不同尺寸的电容混用有更好的频率范围。


以上是2个电容并联时候的阻抗频率图，蓝色是合成的阻抗图，可以看到不同规格的电容可以显著降低频带的阻抗，拓展频率响应，这也是为什么在大电容上要并联小电容的原因。



上图是在C1上串联电阻Rseries后的阻抗频率响应，可以看出串联了这个电阻后大容量电容的阻抗波谷变得缓和了，这样其谐振点对电路的影响会大大减小。
    综合以上内容对BYPASS电容选用的原则理解就是，要尽量要做到在所需的频带范围内阻抗曲线尽量低并且要保持平稳，并将所会产生的剧烈变动频点移出对你的电路会造成影响的范围之外！

wangxianok

做记号，一定要好好学习科学文化知识～～

包括电容的～

coolzyp

终于发完了，好久没发帖了，这下又学习了一回，感觉还是用Discuz!代码模式发图比较方便哦，可以用光标控制图的位置，所见即所得模式的话图都挤到一块去了

coolzyp

希望能抛砖引玉，大家一起来多讨论讨论技术方面的话题，大家在使用过程中有什么经验看法可以一起交流交流。
      国外那些知名的芯片厂商如TI AD等等，他们的网站上面有很多非常好的APPLICATION NOTE，很专业，非常有价值。多看看对大家的提高是很有帮助的。感觉国外的学术研究氛围确实是好啊，让人羡慕。

hp4sl

好好学习一下

tsh

JJCC1125

好好!

日王贝才

半条命

学习

土八路

终于又看见这条爱睡觉的沙皮狗了！

snoopy

頂一下.

sstmaps

这个不顶哪行~~学习了~

上海孙悟空

不错的文章

mousedog

不错,了解更深!

dbw

海龙豚

好文章！

decarte

其实做IC旁边的BYPASS 电容， 即0。1uF 的那个， 陶瓷电容的效果会比薄膜的好，但是陶瓷的便宜，薄膜的贵，反而陶瓷的少人用