并联电容器难题

电器工程 电容器 平行线 去耦电容
2022-01-28 19:59:55

我最近接受了一个涉及改进电路的项目,并且有几个例子是两个电容器彼此并联。

这些电容器的值是 100nF 和 100pF,所以一个是平均尺寸,而另一个很小。这些并联电容器的实例放置在输入/输出信号上,一个位于读取电池电压的输出端,另一个位于运算放大器的电源输入端。我有点困惑为什么他们都需要而不是一个,所以如果有人能指出我正确的方向,那就太好了。

平行帽的图片

3个回答

电容器最终在高频下不再像电容器一样表现出电阻和电感效应。100pF 电容可过滤 100nF 电容无法过滤的高频。

下图清楚地显示了这一点,该图显示了 100nF 电容器和 100pF 电容器的阻抗(红色)(浅灰色顶部曲线)与频率的关系。看看 100nF 电容器如何从大约 10MHz 开始看起来是电感性的,而 100pF 到 1GHz 时仍然是电容性的。

在此处输入图像描述

链接到用于电容器分析的 Kemet Spice 工具。

基本上,任何电容器都有一点串联电感。这使得它在某个相当高的频率下串联谐振,直到该频率,电容器的行为就像您期望的那样,但是,高于该频率,电容器的阻抗像电感器一样上升,即它不再像一个像样的去耦器。

对于 100pF 电容,这发生在比 100n 电容高得多的频率上,因此,两个电容的联合效应产生了 100n 的“大”电容,能够在更高的频率下保持容性。

在此处输入图像描述

上图还显示了 PCB 走线长度的影响 - 显然,走线的电感与长度成正比,这增加了电容器的内部寄生电感,使其在较低频率下谐振。还显示了“理想”电容器响应(无串联电感)。

我在 MCU 的电源输入上看到了类似的方案,尤其是 ADC 部分。

其中 100nF 是标准去耦电容(从电容馈电给 MCU 内部电路供电),100pF 用于过滤高频瞬变。

ST对STM32F103使用了类似的方案

在第 36 页的图 14 中,使用 1uF + 10nF 为 ADC 供电。

应用笔记AN2834 “如何在 STM32Fx 系列和 STM32L1 系列器件中获得最佳 ADC 精度”,在第 3.2.1 节“参考电压/电源噪声最小化”中解释了 0.1uF + 10uF 的合理性:

建议在电源线和地线之间连接高频特性好的电容器。也就是说,应在靠近电源的位置放置一个 0.1 μF 和一个 1 到 10 μF 的电容器。电容器允许交流信号通过它们。小值电容器滤除高频噪声,大值电容器滤除低频噪声。