电源去耦电容的阻抗特性

工程师看海 2022-09-23 09:52
▼关注公众号:工程师看海▼
来自:Sig008

今天来看看在电源去耦应用中电容的阻抗特性。

电容在PDN(power distribution network)当中的示意图

想要知道电容如何降低PDN阻抗,首先就要知道电容自身的阻抗特性,自身寄生参数的影响。

话不多说,首先思考一下,纯电容的阻抗是什么样的?

我们可能会想到这样一个公式:

Z=1/(2*pi*f*c)

没错,可是这样不太能帮助我们理解电容在PDN中起到的作用,还不够直观;

我们再思考一下,如果画一个电容的阻抗 VS 频率的曲线会是什么样的呢?

如下图:


这就是纯电容的阻抗 VS 频率曲线,在曲线中我们可以直观的看出电容阻抗和频率的关系;

下面再来看一下不同容值电容的阻抗曲线:


容值越大,阻抗越小,整个曲线表现为整体向下平移;

正因为电容对于高频信号表现为低阻抗特性,因此,在PDN系统中加了很多去耦电容,但是,我们已经介绍过,电容当中还有寄生电感(ESL)和等效串联电阻(ESR),所以我们还得研究寄生参数的影响;

下面,我们来看一下,纯电感的阻抗特性,公式如下;

Z=2*pi*L*f

同样,我们也看一下电感的阻抗 VS 频率的曲线:


通过曲线,可以直观看到,电感的阻抗随频率的变化关系;

下面看一下,不同电感值的阻抗曲线,相信此时大家已经有了直观的印象,可以脑补出不同电感的曲线了:


下面该电阻了,纯电阻的阻抗 VS 频率曲线如下:

这个没什么好说的了,往下看

下面重点来了

单个器件的阻抗特性知道了,那么他们串联之后是什么样的呢,下面请看电阻和电容串联:



可以看到,RC串联后,低频部分阻抗呈现荣性,大小就是串联电容的阻抗大小,高频部分为阻性,大小为电阻的阻抗大小,下面请看电阻和电感串联:


 可以看到,RL串联后,低频部分阻抗呈现为阻性,大小为电阻的阻抗大小,高频部分阻抗呈现感性,大小就是串联电感的阻抗大小,下面请看电容和电感串联:

可以看到,LC串联后,低频部分阻抗呈现为容性,大小为电容的阻抗大小,高频部分阻抗呈现感性,大小就是串联电感的阻抗大小,而不同于与电阻串联的一点就是,LC串联会形成谐振,谐振点的频率可以这样计算:

在谐振点处,电容的阻抗值等于电感的阻抗值,即

Z=1/(2*pi*f*c)=2*pi*L*f

推导出f=1/(2*pi*)

在知道了电容和电感值之后,就可以求出谐振点频率,在此频率之前为容性,在此频率点之后为感性,下图的相位就说明了这一点;


好了,以上这些是基本功,都是为了更好地了解非理想电容的阻抗特性做准备,下面请看真实电容的阻抗特性,即RLC串联(简单模型)


RLC串联后的曲线和LC比较像,同样是有一个自谐振频点,计算方法相同,在自谐振频点以前呈现容性,在自谐振频点以后呈现感性,LC之间也同样存在谐振,不同的是,此时的谐振大小是受控的,大小等于等效串联电阻的大小;

这就是非理想电容的阻抗特性,一定要印在大脑中,正是因为电容对高频的低阻抗特性,我们选择电容来降低PDN阻抗,但也因为电容的寄生参数导致的在某一频段后呈现为感性,因此要选取自谐振频点合适的电容,下面对比几个非理想电容的阻抗曲线,曲线来自电容厂家官方网站spice模型:

上边就是几组不同容值的电容阻抗曲线,从10nF到100uF,可以看到,在这个范围内(都是贴片陶瓷电容)寄生电感基本是差不多的,而由于电容容值的不同,导致各自的自谐振频点不同,因此在PDN中去耦时,就要选择合适的电容;

那么电容除了自身的自谐振频点以外,不同的电容在并联使用时还会出现反谐振频点。

来自:Sig008

如果看到这里,请点赞、收藏、分享三连!

限时免费扫码进群,交流更多行业技术

推荐阅读

电池、电源

硬件文章精选

华为海思软硬件开发资料

工程师看海 专注硬件设计、PCB走线、模拟信号处理,微信公众号:工程师看海
评论
  • 时源芯微——RE超标整机定位与解决详细流程一、 初步测量与问题确认使用专业的电磁辐射测量设备,对整机的辐射发射进行精确测量。确认是否存在RE超标问题,并记录超标频段和幅度。二、电缆检查与处理若存在信号电缆:步骤一:拔掉所有信号电缆,仅保留电源线,再次测量整机的辐射发射。若测量合格:判定问题出在信号电缆上,可能是电缆的共模电流导致。逐一连接信号电缆,每次连接后测量,定位具体哪根电缆或接口导致超标。对问题电缆进行处理,如加共模扼流圈、滤波器,或优化电缆布局和屏蔽。重新连接所有电缆,再次测量
    时源芯微 2024-12-11 17:11 65浏览
  • 智能汽车可替换LED前照灯控制运行的原理涉及多个方面,包括自适应前照灯系统(AFS)的工作原理、传感器的应用、步进电机的控制以及模糊控制策略等。当下时代的智能汽车灯光控制系统通过车载网关控制单元集中控制,表现特殊点的有特斯拉,仅通过前车身控制器,整个系统就包括了灯光旋转开关、车灯变光开关、左LED前照灯总成、右LED前照灯总成、转向柱电子控制单元、CAN数据总线接口、组合仪表控制单元、车载网关控制单元等器件。变光开关、转向开关和辅助操作系统一般连为一体,开关之间通过内部线束和转向柱装置连接为多,
    lauguo2013 2024-12-10 15:53 78浏览
  •         在有电流流过的导线周围会感生出磁场,再用霍尔器件检测由电流感生的磁场,即可测出产生这个磁场的电流的量值。由此就可以构成霍尔电流、电压传感器。因为霍尔器件的输出电压与加在它上面的磁感应强度以及流过其中的工作电流的乘积成比例,是一个具有乘法器功能的器件,并且可与各种逻辑电路直接接口,还可以直接驱动各种性质的负载。因为霍尔器件的应用原理简单,信号处理方便,器件本身又具有一系列的du特优点,所以在变频器中也发挥了非常重要的作用。  &nb
    锦正茂科技 2024-12-10 12:57 76浏览
  • 我的一台很多年前人家不要了的九十年代SONY台式组合音响,接手时只有CD功能不行了,因为不需要,也就没修,只使用收音机、磁带机和外接信号功能就够了。最近五年在外地,就断电闲置,没使用了。今年9月回到家里,就一个劲儿地忙着收拾家当,忙了一个多月,太多事啦!修了电气,清理了闲置不用了的电器和电子,就是一个劲儿地扔扔扔!几十年的“工匠式”收留收藏,只能断舍离,拆解不过来的了。一天,忽然感觉室内有股臭味,用鼻子的嗅觉功能朝着臭味重的方向寻找,觉得应该就是这台组合音响?怎么会呢?这无机物的东西不会腐臭吧?
    自做自受 2024-12-10 16:34 136浏览
  • 概述 通过前面的研究学习,已经可以在CycloneVGX器件中成功实现完整的TDC(或者说完整的TDL,即延时线),测试结果也比较满足,解决了超大BIN尺寸以及大量0尺寸BIN的问题,但是还是存在一些之前系列器件还未遇到的问题,这些问题将在本文中进行详细描述介绍。 在五代Cyclone器件内部系统时钟受限的情况下,意味着大量逻辑资源将被浪费在于实现较大长度的TDL上面。是否可以找到方法可以对此前TDL的长度进行优化呢?本文还将探讨这个问题。TDC前段BIN颗粒堵塞问题分析 将延时链在逻辑中实现后
    coyoo 2024-12-10 13:28 101浏览
  • 近日,搭载紫光展锐W517芯片平台的INMO GO2由影目科技正式推出。作为全球首款专为商务场景设计的智能翻译眼镜,INMO GO2 以“快、准、稳”三大核心优势,突破传统翻译产品局限,为全球商务人士带来高效、自然、稳定的跨语言交流体验。 INMO GO2内置的W517芯片,是紫光展锐4G旗舰级智能穿戴平台,采用四核处理器,具有高性能、低功耗的优势,内置超微高集成技术,采用先进工艺,计算能力相比同档位竞品提升4倍,强大的性能提供更加多样化的应用场景。【视频见P盘链接】 依托“
    紫光展锐 2024-12-11 11:50 44浏览
  • RK3506 是瑞芯微推出的MPU产品,芯片制程为22nm,定位于轻量级、低成本解决方案。该MPU具有低功耗、外设接口丰富、实时性高的特点,适合用多种工商业场景。本文将基于RK3506的设计特点,为大家分析其应用场景。RK3506核心板主要分为三个型号,各型号间的区别如下图:​图 1  RK3506核心板处理器型号场景1:显示HMIRK3506核心板显示接口支持RGB、MIPI、QSPI输出,且支持2D图形加速,轻松运行QT、LVGL等GUI,最快3S内开
    万象奥科 2024-12-11 15:42 65浏览
  • 全球知名半导体制造商ROHM Co., Ltd.(以下简称“罗姆”)宣布与Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited(以下简称“台积公司”)就车载氮化镓功率器件的开发和量产事宜建立战略合作伙伴关系。通过该合作关系,双方将致力于将罗姆的氮化镓器件开发技术与台积公司业界先进的GaN-on-Silicon工艺技术优势结合起来,满足市场对高耐压和高频特性优异的功率元器件日益增长的需求。氮化镓功率器件目前主要被用于AC适配器和服务器电源等消费电子和
    电子资讯报 2024-12-10 17:09 84浏览
  • 【萤火工场CEM5826-M11测评】OLED显示雷达数据本文结合之前关于串口打印雷达监测数据的研究,进一步扩展至 OLED 屏幕显示。该项目整体分为两部分: 一、框架显示; 二、数据采集与填充显示。为了减小 MCU 负担,采用 局部刷新 的方案。1. 显示框架所需库函数 Wire.h 、Adafruit_GFX.h 、Adafruit_SSD1306.h . 代码#include #include #include #include "logo_128x64.h"#include "logo_
    无垠的广袤 2024-12-10 14:03 69浏览
  • 天问Block和Mixly是两个不同的编程工具,分别在单片机开发和教育编程领域有各自的应用。以下是对它们的详细比较: 基本定义 天问Block:天问Block是一个基于区块链技术的数字身份验证和数据交换平台。它的目标是为用户提供一个安全、去中心化、可信任的数字身份验证和数据交换解决方案。 Mixly:Mixly是一款由北京师范大学教育学部创客教育实验室开发的图形化编程软件,旨在为初学者提供一个易于学习和使用的Arduino编程环境。 主要功能 天问Block:支持STC全系列8位单片机,32位
    丙丁先生 2024-12-11 13:15 45浏览
  • 一、SAE J1939协议概述SAE J1939协议是由美国汽车工程师协会(SAE,Society of Automotive Engineers)定义的一种用于重型车辆和工业设备中的通信协议,主要应用于车辆和设备之间的实时数据交换。J1939基于CAN(Controller Area Network)总线技术,使用29bit的扩展标识符和扩展数据帧,CAN通信速率为250Kbps,用于车载电子控制单元(ECU)之间的通信和控制。小北同学在之前也对J1939协议做过扫盲科普【科普系列】SAE J
    北汇信息 2024-12-11 15:45 68浏览
  • 习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习笔记&记录学习习笔记&记学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记
    youyeye 2024-12-10 16:13 105浏览
我要评论
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦