去耦电容容值计算的保姆级教程,刚入门的硬件工程师也能看得懂!

原创 zxf1809721203 2024-03-21 16:28

点击蓝字,关注我们

一个有温度的硬件工程师-文末有惊喜


“大丈夫生当如此,一往无前。”—《霍元甲》



前言



关于电容,经常听到的一个名词就是“去耦”,也有听过“旁路”的说法,个人觉得没必要太纠结这两个的区别,简单点来说,去耦侧重于既隔离开电源->IC的干扰,又隔离开IC->电源的干扰,旁路主要侧重电源->IC的干扰。


关于去耦电容容值的问题,很多硬件工程师常说无脑放100nF就够了,没出过问题,仿佛100nF电容成了万能药,原因其实是当电路的时钟速度较低或者电路的噪声容限较高时,对去耦电路的要求不高所以一般不会出问题。然而,当涉及到具有高时钟速度、产生大量噪声或对噪声非常敏感的集成电路(IC)时,IC自身会对电源线上的波动更为敏感,或者它们自身可能会产生更多的噪声,此时去耦电路的设计选型就需要慎重。

这种更复杂的去耦电路可能包括多个不同类型和大小的旁路电容器,以及其他的滤波器和电源噪声抑制技术。设计这样的去耦电路需要考虑到IC的工作特性、电源线上的噪声频谱以及电路的布局和连接方式等因素,以确保有效地降低噪声并提供稳定的电源给IC。


实例分析



1.确定芯片的最大瞬态电流

基于C-MOS的字IC里面会有很多门电路,当这些门电路在进行开或关切换时,MOS的栅极会有电流充放电,VDD和GND之间也会存在短暂的直通电流,电流急剧变化会造成电源电压变化,因此首先要确定芯片的最大瞬态电流。


但是大家肯定发现了,一般IC手册里不给这个参数啊,那咋办?大公司的硬件工程师这个时候可以找原厂去要,小公司的硬件工程师那就只能估算了,手册中一般会给出芯片工作的最大电流,这个最大电流里有多少是瞬态电流呢?我们不知道,那就常规做法按50%去估计。

2.评估被去耦IC能接受的电源电压波动容限,也就是电压纹波

也就是你选的这款IC如果是3.3V电压供电,它能接受多少的电压波动能够稳定工作呢?需要查阅对应的IC手册,需要注意的是如果某个IC允许10%的电压波动,导致电压波动的因素会有很多,比如稳压电源的精度3%,噪声2%。所以你得把这些都减掉,剩下5%的才是留给瞬态电流导致的电压纹波的。


3.基于芯片的最大瞬态电流和电源压波限计算电源网络的阻抗的上限值

Z=ΔV/I,Z是我们的设计目标阻抗


4.确定去耦的频率范围

板级电源分配网络设计的频率范围约从100kHz到100MHz,不同的产品需求不一样,需要根据自己的需求来定。或者你可以根据自己产品的MCU时钟频率来估算也可以,也就是5倍的时钟频率,为什么是5倍呢?这里不展开了,篇幅太多,以后讲到高速再细说,感兴趣的老铁可以自己先查查。


5.基于以下公式计算电容容值

C=1/2*π*f*Z


6.基于回路中的等效电感校核当前选型的电容是否符合


实例说明



IC3.3V供电,设计可接受的瞬态电流导致的电压纹波5%,最大瞬态电流100mA,去耦的频率范围100kHz~100MHz。


1. 首先计算一下目标阻抗:

Z=3.3*5%/0.1=1.65Ω


2. 100kHz时,目标阻抗计算对应的电容容值如下:

C=1/2*3.14*100*1.65≈1uF


3. 1uF的电容够了吗?够不够得通过计算来说明

因为电容在充当去耦的角色时,电容到IC之间会有走线,过孔,再叠加电容自身的ESL,从而影响电容的等效谐振频率点,电容自身的ESL可以通过手册查,板上走线的等效电感,过孔的等效电感都应对应的计算公式,这里也不展开了,通过以上分析我们可以计算得到电感到IC之间的环路电感L,假定是1nH,那么我们就能计算得到这个电容能起作用的最大有效频率点:

f=1.65Ω/2*3.14*1nH262MHz


这就说明了目前的设计是可以满足要求的,当然了如果计算出来的f小于100MHz,那么我们就需要采用并联电容的方法,通过减小ESL来提高f。












zxf1809721203 专注于硬件电路相关设计技术分享与交流,器件选型,电源/采样/驱动等电路设计,EMC测试等
评论
  • 本文介绍Linux系统更换开机logo方法教程,通用RK3566、RK3568、RK3588、RK3576等开发板,触觉智能RK3562开发板演示,搭载4核A53处理器,主频高达2.0GHz;内置独立1Tops算力NPU,可应用于物联网网关、平板电脑、智能家居、教育电子、工业显示与控制等行业。制作图片开机logo图片制作注意事项(1)图片必须为bmp格式;(2)图片大小不能大于4MB;(3)BMP位深最大是32,建议设置为8;(4)图片名称为logo.bmp和logo_kernel.bmp;开机
    Industio_触觉智能 2025-01-06 10:43 87浏览
  • 根据环洋市场咨询(Global Info Research)项目团队最新调研,预计2030年全球无人机锂电池产值达到2457百万美元,2024-2030年期间年复合增长率CAGR为9.6%。 无人机锂电池是无人机动力系统中存储并释放能量的部分。无人机使用的动力电池,大多数是锂聚合物电池,相较其他电池,锂聚合物电池具有较高的能量密度,较长寿命,同时也具有良好的放电特性和安全性。 全球无人机锂电池核心厂商有宁德新能源科技、欣旺达、鹏辉能源、深圳格瑞普和EaglePicher等,前五大厂商占有全球
    GIRtina 2025-01-07 11:02 68浏览
  • By Toradex 秦海1). 简介嵌入式平台设备基于Yocto Linux 在开发后期量产前期,为了安全以及提高启动速度等考虑,希望将 ARM 处理器平台的 Debug Console 输出关闭,本文就基于 NXP i.MX8MP ARM 处理器平台来演示相关流程。 本文所示例的平台来自于 Toradex Verdin i.MX8MP 嵌入式平台。  2. 准备a). Verdin i.MX8MP ARM核心版配合Dahlia载板并
    hai.qin_651820742 2025-01-07 14:52 45浏览
  • 每日可见的315MHz和433MHz遥控模块,你能分清楚吗?众所周知,一套遥控设备主要由发射部分和接收部分组成,发射器可以将控制者的控制按键经过编码,调制到射频信号上面,然后经天线发射出无线信号。而接收器是将天线接收到的无线信号进行解码,从而得到与控制按键相对应的信号,然后再去控制相应的设备工作。当前,常见的遥控设备主要分为红外遥控与无线电遥控两大类,其主要区别为所采用的载波频率及其应用场景不一致。红外遥控设备所采用的射频信号频率一般为38kHz,通常应用在电视、投影仪等设备中;而无线电遥控设备
    华普微HOPERF 2025-01-06 15:29 127浏览
  • 在智能家居领域中,Wi-Fi、蓝牙、Zigbee、Thread与Z-Wave等无线通信协议是构建短距物联局域网的关键手段,它们常在实际应用中交叉运用,以满足智能家居生态系统多样化的功能需求。然而,这些协议之间并未遵循统一的互通标准,缺乏直接的互操作性,在进行组网时需要引入额外的网关作为“翻译桥梁”,极大地增加了系统的复杂性。 同时,Apple HomeKit、SamSung SmartThings、Amazon Alexa、Google Home等主流智能家居平台为了提升市占率与消费者
    华普微HOPERF 2025-01-06 17:23 145浏览
  • 村田是目前全球量产硅电容的领先企业,其在2016年收购了法国IPDiA头部硅电容器公司,并于2023年6月宣布投资约100亿日元将硅电容产能提升两倍。以下内容主要来自村田官网信息整理,村田高密度硅电容器采用半导体MOS工艺开发,并使用3D结构来大幅增加电极表面,因此在给定的占位面积内增加了静电容量。村田的硅技术以嵌入非结晶基板的单片结构为基础(单层MIM和多层MIM—MIM是指金属 / 绝缘体/ 金属) 村田硅电容采用先进3D拓扑结构在100um内,使开发的有效静电容量面积相当于80个
    知白 2025-01-07 15:02 75浏览
  • 这篇内容主要讨论三个基本问题,硅电容是什么,为什么要使用硅电容,如何正确使用硅电容?1.  硅电容是什么首先我们需要了解电容是什么?物理学上电容的概念指的是给定电位差下自由电荷的储藏量,记为C,单位是F,指的是容纳电荷的能力,C=εS/d=ε0εrS/4πkd(真空)=Q/U。百度百科上电容器的概念指的是两个相互靠近的导体,中间夹一层不导电的绝缘介质。通过观察电容本身的定义公式中可以看到,在各个变量中比较能够改变的就是εr,S和d,也就是介质的介电常数,金属板有效相对面积以及距离。当前
    知白 2025-01-06 12:04 173浏览
  • 大模型的赋能是指利用大型机器学习模型(如深度学习模型)来增强或改进各种应用和服务。这种技术在许多领域都显示出了巨大的潜力,包括但不限于以下几个方面: 1. 企业服务:大模型可以用于构建智能客服系统、知识库问答系统等,提升企业的服务质量和运营效率。 2. 教育服务:在教育领域,大模型被应用于个性化学习、智能辅导、作业批改等,帮助教师减轻工作负担,提高教学质量。 3. 工业智能化:大模型有助于解决工业领域的复杂性和不确定性问题,尽管在认知能力方面尚未完全具备专家级的复杂决策能力。 4. 消费
    丙丁先生 2025-01-07 09:25 80浏览
  • 根据Global Info Research项目团队最新调研,预计2030年全球封闭式电机产值达到1425百万美元,2024-2030年期间年复合增长率CAGR为3.4%。 封闭式电机是一种电动机,其外壳设计为密闭结构,通常用于要求较高的防护等级的应用场合。封闭式电机可以有效防止外部灰尘、水分和其他污染物进入内部,从而保护电机的内部组件,延长其使用寿命。 环洋市场咨询机构出版的调研分析报告【全球封闭式电机行业总体规模、主要厂商及IPO上市调研报告,2025-2031】研究全球封闭式电机总体规
    GIRtina 2025-01-06 11:10 104浏览
  • 彼得·德鲁克被誉为“现代管理学之父”,他的管理思想影响了无数企业和管理者。然而,关于他的书籍分类,一种流行的说法令人感到困惑:德鲁克一生写了39本书,其中15本是关于管理的,而其中“专门写工商企业或为企业管理者写的”只有两本——《为成果而管理》和《创新与企业家精神》。这样的表述广为流传,但深入探讨后却发现并不完全准确。让我们一起重新审视这一说法,解析其中的矛盾与根源,进而重新认识德鲁克的管理思想及其著作的真正价值。从《创新与企业家精神》看德鲁克的视角《创新与企业家精神》通常被认为是一本专为企业管
    优思学院 2025-01-06 12:03 119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