如何选择旁路电容值和封装

　　电容的一般类型和应用分析

　　大电容可作为低频和大电流威廉希尔官方网站 的旁路，而小电容则作为高频旁路。等效威廉希尔官方网站 的模型将会随不同的封装类型而改变。其中主要的是等效串联电感（ESL）。封装越小，串联寄生参数就越小。在一些宽频系统中，需要并联多个电容。旁路电容必须尽可能地靠近电源接脚。电容的另一端需要透过过孔或者宽地线连接到地平面，以保持低阻抗。电容的材料和结构将决定其特性，例如寄生特性、温度稳定性、最大电压、线性度、成本和尺寸。表1列举了各种最常用的表面黏着电容。

　　陶瓷电容是最常见的电容类型，塬因是便宜，容量範围宽，可以提供可靠的性能。钽电容、Oscan以及铝电解电容都是有极性电容，特别适合作为旁路电容。钽电容的应用範围是低压系统。铝电解是从低频到中频系统的常规选择，但不适合开关威廉希尔官方网站 （这种电容的电荷保持性能太好了，不适合週期快速的生产测试）。Oscan是一种特殊的电容，它的寄生参数小，频率範围宽，温度範围广，品质最好，价钱也最高。如果你有足够预算，这种电容可为任何威廉希尔官方网站 提供高品质的旁路。另外还有云母和塑料薄膜电容。他们主要用于滤波器设计而不是旁路。由于陶瓷电容被最广泛地作为旁路电容，讨论一下如何进行选购将是很有意义的。和所期望的那样，陶瓷电容具有宽範围的容值和各种封装。在这些参数中，还需要进一步选择，才能确定最终的价格。在最新的材料清单中，电容被标誌为‘X7R’。这裡，X和7标誌着最宽的温度範围。最后的字母R代表电容在整个温度範围上的容差。该例中，电容在整个温度範围上的变化量仅为15%。宽温度範围和严格的容差意味着高价

　　选择旁路电容的封装

　　一旦电介质材料、电介质品质、温度範围、可接受的漏电流以及电压範围都满足后，最后的选择就剩下封装尺寸了。通常，封装尺寸的选择依据是：‘上次用的是什么’，或者是否足够大到适合手工焊接（如果是塬型设计）。需要记住的是，等效威廉希尔官方网站 的模型将会随不同的封装类型而改变。其中主要的是等效串联电感（ESL）。很显然，只要电容值保持恒定，这种电容的结构就是恒定的。但如果对于同样的电容有许多封装类型，那么位于极板和外层封装之间的连接必定改变。这会带来额外的串联电阻和电感。封装越小，串联寄生参数就越小。为了证实这一趋势，请参见图3。正如期望的那样，等效串联电感将随着封装尺寸的减小而不断缩减。特别注意图 1中的1206和0612例子。

　　儘管他们的佔位面积相同，1206的焊接点在两端，而0612的焊接点在两个长边。这只是方向上的简单变化，却使封装的内部连接小了许多。令人欣喜的是，ESL降低了95%。在高频宽威廉希尔官方网站 中，串联电感值决定了旁路威廉希尔官方网站 为电源接脚提供低阻抗的能力上限。有关这点将在下节中进一步介绍。

　　表1：常见电容的指标和分析。

表２：陶瓷电容的分类。

表３：表面黏着封装及其等效串联电感。

图１：1206和0612两种表面黏着封装例子。

图2：实际（非理想）电容的阻抗特性。

　　图3：不同表面黏着封装的实际（非理想）电容阻抗。

　　确定旁路电容值

　　通常旁路电容的值都是依惯例或典型值来选取的。例如，常用的容值是1μF和0.1μF。简单的说，大电容作为低频和大电流威廉希尔官方网站 的旁路，而小电容作为高频旁路。採用多个电容源于与实际电容相关的寄生参数。图2为一个实际电容的阻抗特性。

　　坐标轴上没有具体数据，其数值可以透过缩放适合任何电容。曲线的左半部份代表传统（和理想的）电容响应：随着频率的增加，电容的阻抗减少。这正是想要的特性，这是因为旁路电容为电源线上的交流讯号提供了一个低阻抗迴路（等效短路）。曲线的负斜率是常数，但横向位置取决于电容的大小。例如电容变大时，曲线的左半部份将向频率的低阶（向坐标轴左侧）行动。

　　电容封装中的任何电感都将引起正斜率，如图中的右半部份所示。在这一频率範围内，电感先被抵销，然后又主导了电容提供的低阻抗。由于阻抗与旁路电容的大小和构造有关，频率响应也因此与这些因素有关，如图3所示。因此需要仔细阅读数据手册，确保可以选购到合适的旁路电容封装，这种封装应能在目前系统工作频率下提供低阻抗性能。请记住，　　表4所列的ESL範围为几百pH。只有当系统频率高于100MHz时对阻抗的影响才会越来越大。高频宽系统的旁路

　　在一些宽频系统中，用一只单电容旁路是不够的。因为有多个频率耦合到电源线上，旁路网路必须为宽範围的频率提供低阻抗。由于阻抗曲线的斜率具有实体限制，既有负的也有正的，故需要并联多个电容。当然，在选择每个电容的封装类型时必须谨慎。通常BOM表中会规定所有的被动元件都要选用相同的尺寸，如都用0805电容。图4为叁只电容并联后的阻抗与频率关係。

　　图4：叁只採用相同表面黏着封装的电容并联阻抗。

　　由于每只电容採用相同的封装，故它们的高频响应相同。于是，这就否定了更小电容的採用！相反，封装尺寸应该

　　随同电容值一起微缩，见图5。

　　图5：叁只採用不同表面黏着封装的电容并联阻抗。

　　当然，上述细节暗示着必须对旁路电容的佈局予以密切关注。任何走线长度的增加都将提高旁路路径上的阻抗。每条走线都会贡献单位长度上的阻抗，线越长，旁路路径上的有用频率就越低（相当于将图2中的曲线左移）。因此，旁路电容必须尽可能地靠近电源接脚。电容的另一端需要透过过孔或者宽地线连接到地平面，以保持低阻抗。