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  • 旁路电容,退耦电容,交流耦合电容的计算

    耦合:能量从一个介质传播到另一介质。

    电路来说,总是存在驱动的源和被驱动的负载。如果负载电容比较大,驱动电路要把电容充电、放电,才能完成信号的跳变,在上升沿比较陡峭的时候,电流比较大,这样驱动的电流就会吸收很大的电源电流,由于电路中的电感电阻(特别是芯片管脚上的电感,会产生反弹),这种电流相对于正常情况来说实际上就是一种噪声,会影响前级的正常工作。这就是耦合

    去藕电容就是起到一个电池的作用,满足驱动电路电流的变化,避免相互间的耦合干扰。

    旁路电容实际也是去藕合的,只是旁路电容一般是指高频旁路,也就是给高频的开关噪声提高一条低阻抗泄防途径。高频旁路电容一般比较小,根据谐振频率一般是0.1u,0.01u等,而去耦合电容一般比较大,是10u或者更大,依据电路中分布参数,以及驱动电流的变化大小来确定。

    旁路是把输入信号中的干扰作为滤除对象,而去耦是把输出信号的干扰作为滤除对象,防止干扰信号返回电源。这应该是他们的本质区别。

    交流耦合电容

    我们在处理高速差分信号的时候,经常使用交流耦合,也会使用直流耦合, 比如PCI Express我们看到的是交流耦合, 早期光模块和芯片之间的LVPECL则更多地使用直流耦合, 这篇文章我们不打算讨论什么情况下使用交流耦合,什么情况下使用直流耦合,我们要讨论的是使用交流耦合时需要解决的问题。

    很简单的一个问题, 交流耦合的电容需要选择多大?我们最常见的有0.1uF和0.01uF, 可是我们有想过为什么吗?为什么不选更大或者更小的?今天我们试图来用最简单的方式来解释,我们先使用频域的方式。

    交流耦合电容与通过频率

    不能仅仅根据频率选择耦合电容,要参考后级输入阻抗来计算。

    把耦合电容加到电路中之后,bai耦合电容与负载电阻构成了RC 高通滤波器,所以可根据公式来计算出耦合电容的大小即:

    f=1/2πRC

    R 为负载电阻(耦合下一级电路的输入电阻)须估算下一级的输入电阻,f 为信号的频率,C 就是要计算的耦合电容大小。

    本质:耦合电容与下一级的输入电阻构成了RC高通滤波器,为了保成输入信号下限频率能通过这一“RC高通滤波器”,RC高通滤波器的下限频率不能高于输入信号的频率。相当于选择适当的电容来设计一个高通滤波器,以保证输入信号通不衰减通过,所以电容C可用公式计算出来,下面会给出公式。

    交流耦合电容(RC高通滤波器实验)

    我们来看下面一个实验,电路图如下所示,输入信号为频率为1Hz,大小为10mv.可见此输入信号有两个特点,频率很低,幅度又很小。按照常识,电容容量越大,信号的频率就可以越低,现在的输入信号频率为1Hz,那么耦合电容的容量越大越好吗???请看下面的实验。

    实验结果:

    1.输入信号频率为1Hz,幅度10mV,负载电阻300K,耦合电容先0.4uF测得输入输出波形如下图所示,黄色为输入,绿色为输出。可见输入信号经过耦合电容后,幅度被严重衰减,由此可知耦合电容选择过小。

    耦合电容选择0.1uF-0.5uF之间,输入信号衰减比较严重。

    结论:如果电路要求信号耦合之后不能衰减,那么耦合电容就不能小于0.5uF。

     

    2.输入信号频率为1Hz,幅度10mV,负载电阻300K,耦合电容大于等于0.5uF。输出波形如下图所示,可见只要电容大于0.5uF,信号耦合之后就不会有幅度衰减。

    那么是不是选择越大越好呢???请看实验3。

     3.输入信号频率为1Hz,幅度10mV,负载电阻300K,耦合电容为100uF。幅度不出现衰减,但电路反应变得非常缓慢,输入信号后等待10多秒才有输出信号。

    刚输入信号的前段时间,电路竟然不工作了,这是为什么呢???

    主要是因为电容太大充电时间过长,至使输出信号出现延迟,特别是输入信号幅度很小的时侯就要特别注意这个问题,否则电路会变得非常缓慢。

    总结:

    把耦合电容加到电路中之后,耦合电容与负载电阻构成了RC高通滤波器,所以我们可根据公式来计算出耦合电容的大小即:

    f=1/2πRC。  式中π=3.14。

    单位   f:Hz ; R:欧姆;C:F。

    原文地址;http://www.elecfans.com/yuanqijian/dianrongqi/201910161093076.html

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