濾波電容的選擇：大電容濾低頻，小電容濾高頻？

一直有個(gè)疑惑：電容感抗是1/jwC，大電容C大，高頻時(shí) w也大，阻抗應(yīng)該很小，不是更適合濾除高頻信號(hào)?

然而事實(shí)卻是：大電容濾除低頻信號(hào)。

今天找到解答如下：

般的10PF左右的電容用來(lái)濾除高頻的干擾信號(hào),0.1UF左右的用來(lái)濾除低頻的紋波干擾,還可以起到穩(wěn)壓的作用濾波電容具體選擇什么容值要取決于你PCB上主要的工作頻率和可能對(duì)系統(tǒng)造成影響的諧波頻率，可以查一下相關(guān)廠商的電容資料或者參考廠商提供的資料庫(kù)軟件，根據(jù)具體的需要選擇。至于個(gè)數(shù)就不一定了，看你的具體需要了，多加一兩個(gè)也挺好的，暫時(shí)沒(méi)用的可以先不貼，根據(jù)實(shí)際的調(diào)試情況再選擇容值。如果你PCB上主要工作頻率比較低的話，加兩個(gè)電容就可以了，一個(gè)慮除紋波，一個(gè)慮除高頻信號(hào)。如果會(huì)出現(xiàn)比較大的瞬時(shí)電流，建議再加一個(gè)比較大的鉭電容。

其實(shí)濾波應(yīng)該也包含兩個(gè)方面，也就是各位所說(shuō)的大容值和小容值的，就是去耦和旁路。原理我就不說(shuō)了，實(shí)用點(diǎn)的，一般數(shù)字電路去耦0.1uF即可，用于10M以下;20M以上用1到10個(gè)uF，去除高頻噪聲好些，大概按C=1/f 。旁路一般就比較的小了，一般根據(jù)諧振頻率一般為0.1或0.01uF說(shuō)到電容，各種各樣的叫法就會(huì)讓人頭暈?zāi)垦?，旁路電容，去耦電容，濾波電容等等，其實(shí)無(wú)論如何稱呼，它的原理都是一樣的，即利用對(duì)交流信號(hào)呈現(xiàn)低阻抗的特性，這一點(diǎn)可以通過(guò)電容的等效阻抗公式看出來(lái)：

Xcap=1/2лfC，

工作頻率越高，電容值越大則電容的阻抗越小.。

在電路中，如果電容起的主要作用是給交流信號(hào)提供低阻抗的通路，就稱為旁路電容;如果主要是為了增加電源和地的交流耦合，減少交流信號(hào)對(duì)電源的影響，就可以稱為去耦電容;如果用于濾波電路中，那么又可以稱為濾波電容;除此以外，對(duì)于直流電壓，電容器還可作為電路儲(chǔ)能，利用沖放電起到電池的作用。而實(shí)際情況中，往往電容的作用是多方面的，我們大可不必花太多的心思考慮如何定義。本文里，我們統(tǒng)一把這些應(yīng)用于高速PCB設(shè)計(jì)中的電容都稱為旁路電容.

電容的本質(zhì)是通交流，隔直流，理論上說(shuō)電源濾波用電容越大越好。但由于引線和PCB布線原因，實(shí)際上電容是電感和電容的并聯(lián)電路，(還有電容本身的電阻，有時(shí)也不可忽略)

這就引入了諧振頻率的概念：ω=1/(LC)1/2

在諧振頻率以下電容呈容性，諧振頻率以上電容呈感性。因而一般大電容濾低頻波，小電容濾高頻波。

這也能解釋為什么同樣容值的STM封裝的電容濾波頻率比DIP封裝更高。至于到底用多大的電容，這是一個(gè)參考電容諧振頻率

不過(guò)僅僅是參考而已，用老工程師的話說(shuō)——主要靠經(jīng)驗(yàn)。

更可靠的做法是將一大一小兩個(gè)電容并聯(lián)，

一般要求相差兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上，以獲得更大的濾波頻段。

一般來(lái)講，大電容濾除低頻波，小電容濾除高頻波。電容值和你要濾除頻率的平方成反比

。

具體電容的選擇可以用公式C=4Pi*Pi /(R * f * f )

電源濾波電容如何選取，掌握其精髓與方法，其實(shí)也不難。

1)理論上理想的電容其阻抗隨頻率的增加而減少(1/jwc),但由于電容兩端引腳的電感效應(yīng),這時(shí)電容應(yīng)該看成是一個(gè)LC串連諧振電路,自諧振頻率即器件的FSR參數(shù),這表示頻率大于FSR值時(shí),電容變成了一個(gè)電感,如果電容對(duì)地濾波,當(dāng)頻率超出FSR后,對(duì)干擾的抑制就大打折扣,所以需要一個(gè)較小的電容并聯(lián)對(duì)地,可以想想為什么?原因在于小電容,SFR值大,對(duì)高頻信號(hào)提供了一個(gè)對(duì)地通路,所以在電源濾波電路中我們常常這樣理解:大電容慮低頻,小電容慮高頻,根本的原因在于SFR(自諧振頻率)值不同,當(dāng)然也可以想想為什么?如果從這個(gè)角度想,也就可以理解為什么電源濾波中電容對(duì)地腳為什么要盡可能靠近地了.

2)那么在實(shí)際的設(shè)計(jì)中,我們常常會(huì)有疑問(wèn),我怎么知道電容的SFR是多少?就算我知道SFR值,我如何選取不同SFR值的電容值呢?是選取一個(gè)電容還是兩個(gè)電容?電容的SFR值和電容值有關(guān),和電容的引腳電感有關(guān),所以相同容值的0402,0603,或直插式電容的SFR值也不會(huì)相同,當(dāng)然獲取SFR值的途徑有兩個(gè),1)器件Data sheet,如22pf0402電容的SFR值在2G左右, 2)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分析儀直接量測(cè)其自諧振頻率,想想如何量測(cè)?S21?知道了電容的SFR值后,用軟件仿真,如RFsim99,選一個(gè)或兩個(gè)電路在于你所供電電路的工作頻帶是否有足夠的噪聲抑制比.仿真完后,那就是實(shí)際電路試驗(yàn),如調(diào)試手機(jī)接收靈敏度時(shí),LNA的電源濾波是關(guān)鍵,好的電源濾波往往可以改善幾個(gè)dB.

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說(shuō)的通俗一點(diǎn)，把電容當(dāng)作一個(gè)正在漏水的懷子，把交流電的峰值到來(lái)時(shí)看作給懷子加水，在漏水量相等的情況下，那么加水次數(shù)的頻率高就多用小點(diǎn)的懷子，這樣就能保準(zhǔn)水位是高的，相反，在加水次數(shù)低頻下懷子小了，沒(méi)等第二次來(lái)水時(shí)懷中的水位已經(jīng)下降好多了，所以要用大的水懷來(lái)緩和因漏水造成的水位下降。

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