电容器自已谐振频率和信号完整性
这些电容器可以作为谐振器由于电容器自已谐振频率
许多设计师傲慢的态度来选择电容器的多氯联苯。有时,电容不正确尺寸的合适的电源电压,从而破坏电容器如果电容器上的潜在超过额定的值。在其他情况下,设计师将考虑电源电压,但他们不会考虑电容器必须持有的总电荷的补偿电流波动为完成其工作电路的某些部分。
随着越来越多的系统运行在更高的频率和开关速度,电容器的设计和选择更加重要。电容器自已谐振频率会导致你的电容器停止表现得像一个真正的电容器,开始表现得像一个电感器在高频率。这个重要的低频效果是不明显的,但它成为主要问题相关的信号完整性、电源完整性和阻抗匹配在高频率。
理想与实际电容器
电容器的理想模型可以从麦克斯韦方程推导出通过定义一个模型有两个完美无限大导电板。电荷密度是定义在一个盘子,一个大小相等,方向相反电荷密度感应相反的板。的两个板块分离介质的介电常数,可以计算两个板块之间的电场的高斯定律。你可以很容易的算出电位差必须存在两个板块之间的集成。这允许您定义简单的方程Q =简历。您还可以使用图像的方法。
圆板等更复杂的电容器,电容器中发现的多氯联苯,你仍然可以手工计算一个理想电容值使用图像的方法。虽然这两个主要方法可用于确定理想的电容,他们完全忽视电容器在实际电路的行为,包括在一个电路板。
由于电容带来的阻力,有少量的反抗与理想的电容器系列,称为有效串联电阻(ESR)。内导体的几何电容也提供了一些少量的电感与理想的电容器系列,称为有效串联电感(ESL)。最后,还有一些非常大的漏泄电阻电容器作为电介质内的两个板块之间并不是一个完美的绝缘体。由于这三种寄生效应,一个真正的电容器实际上是一个RLC网络,如下所示的电路。
RLC模型确定电容器自已谐振频率
C的值可以被视为电容组件引用的数据表。漏泄电阻占瞬时泄漏发生在任何电容器后,被指控,随后从电路中删除了。这个值通常是足够大的,它可以被忽略在连续驱动的电路。
是非常重要的注意,self-resonance频率不等于逆平方根的ESL * C,这是唯一没有阻尼。尽管ESL和ESR都非常小,阻尼常数在实际电容等于ESR / (2 * ESL),这意味着阻尼可以明显的,特别是在平面面积较大的电容。这一定是占在执行模拟涉及真正的电容模型,它决定了一个电容响应补偿电源总线上响了。
确定电容器自已谐振频率
作为一个真正的电容器实际上是一系列RLC电路,你可以很容易地确定电容器自已谐振频率使用香料模型只要你知道漏泄电阻,ESR,英语。电容值引用的数据可以作为C在RLC网络。漏泄电阻通常是大到足以被忽略在积极推动电路中,电容器时,它可以安全地忽略收取足够高的直流电压。电容器自已谐振频率的范围可以从低MHz值GHz的价值观。
在测量中,您可以很容易地确定您的特定的阻抗谱电容器使用频率扫描和测量输出示波器。你还可以方便地用矢量网络分析仪。你可以计算ESL和ESR值通过测量瞬态衰减率和电容的谐振频率在一个简单的测试电路。
模拟仿真与实际电容和电感
正如电容器有自已谐振频率、电感器也有自已谐振频率。这意味着真正的电感也应该建模为自己的RLC网络。在一个特定的频率,你会发现你的电感会在其阻抗谱峰高频率值,取决于寄生电容的寄生衬底电导,ESR等效电感模型。
作为这些因素如何影响信号完整性的一个例子,考虑无阻尼LC振荡器的使用网络在高频模拟电路阻抗匹配(例如,单波段天线)。你通常设计的网络有一个特定的阻抗值LC振荡器的谐振频率(频率等于自然LC),等于电路元件的驱动频率。电容和电感的真实行为会导致实际LC振荡器的谐振频率偏离理想的设计价值。甚至可能有多个共振或并联谐振峰网络的阻抗谱。这也影响了匹配网络的带宽。
Self-resonance的两种不同的电容器。(左)电容器自已谐振频率由每一个电容器时进行隔离。(右)共振和反共振峰在实际电路由于电容器self-resonance。
电路元素,如射频放大器和天线,需要特定的阻抗匹配,你应该照顾的不必要的高频共振和反共振不网站内的天线和放大器的带宽。网络的带宽也应该大于电路元件的带宽。一般来说,你不能避免创建这些高阶共振/反共振LC匹配网络,但是你可以仔细选择组件和设计一个网络这些不受欢迎的共振/反共振不坐在电路元件的带宽。
与电源电路的阻抗匹配非线性政权以非常高的频率运行,与其他非线性电路在一般情况下,您可以确定正确的阻抗值需要使用load-pull分析在多个频率跨越整个电路的带宽。这允许您确定适当的阻抗匹配对于一个给定的输入功率值在多个频率在整个电路的带宽。对于线性电路,如天线和活跃的电路运行线性政权,你可以使用一个交流频率扫描确定阻抗匹配网络的频谱而不用担心输入功率。
一些设计师可能试图弥补自已谐振频率绕过或去耦电容器通过将两个电容器与不同的并行自已谐振频率。这是不建议你会无意中创建一个谐振振荡器,可以在高频率和辐射强烈影响电路的阻抗匹配问题。这也可以肆虐时,如果你这样做,试图提供电力铁路脱钩,因为它可以产生强大的电源总线上响当多个同时驱动电路。一定要记住电容器自已谐振频率在选择绕过/去耦电容。
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