本文介绍高频电容的非理想行为,并帮助您选择合适的电容和电感用于匹配网络,DC 模块,晶体和电源去耦等应用。 除了预期的电容外,所有电容器还包含寄生电阻、寄生电容和寄生电感。下文显示了典型电容器的理论模型。 电容器模型
C 是电容器设计的电容。由于电容 (Cp) 引起的电抗 (Xc) 和寄生电容 (Cp) 引起的电抗 (XCp) 分别为
从等式中可以看出,电容的电抗随着频率的增加而降低。Cp 是通常非常低的寄生电容。因此,该元件的电抗在低频下非常高。由于该元件与主电容并联,因此在低频下,Cp 没有影响。通过电容器的电流变化引起电容器周围的磁场变化,其中一部分由导体感应,引入 EMF,反抗电流的变化导致寄生电感。这个寄生电感的电抗是
寄生电感的电抗随频率增加。通常 L 在电容器中是非常小的值; 所以,在低频率下,XL可以忽略不计。R 是电容器的有效串联电阻。它通常是一个非常低的价值。 电容的有效阻抗是
在低频时,XCp非常高,有效阻抗为
在低频时,电路主要是电容式的。Xeff 与 XC 几乎相同。但随着频率的增加,XC 持续下降,XL 持续增加。最后,在某个频率下,XL 等于 XC,电容的阻抗等于 R.该频率是电容器的串联谐振频率 (SRF)。 当选择电容器进行阻抗匹配时,请确保 SRF 远高于工作频率。这确保了电容器的电抗因为公布的电容值而占优,并且有效电抗不会被寄生电感降低。 在选择去耦电容器时,最好选择具有接近噪声频率的 SRF 去耦的值。这确保了噪声寻求一个低阻抗接地路径。 在更高的频率下,电抗 XCp 变得等于另一个电抗臂的电抗 (现在大部分等于 XL)。在这个频率下,电容器表现得像开路。 该频率是并联谐振频率。避免在并联谐振频率下使用电容器。 电容器的品质因数 电容器 (C) 的品质因数 (Q) 是在给定频率 (f) 下电容器的电抗与其电阻 (R) 的比值。
高 Q 电容器具有较少的不需要的电阻。确保在 RF 电路的工作频率下使用高 Q 值电容; 否则,射频能量会作为热能浪费在电容器的电阻中。 电容器推荐 ▪ 对于匹配网络的组件,只能使用 C0G / NP0 电容器。这可确保匹配网络在整个温度范围内不发生变化。 ▪ 对于晶体负载,只能使用 C0G / NP0 电容。这确保了时钟定时和 RF 频率在整个温度范围内不会改变。 ▪ 对于匹配网络,选择在远低于 SRF 时工作正常的电容器。 ▪ 射频电路只能使用高 Q 电容。 ▪ 对于去耦电容,可能不需要 C0G 电容的精度。通常使用 X5R 或 X7R 电容器 (取决于温度范围)。使用低 ESR 电容器进行有效的去耦。 ▪ 对于去耦电容,选择在噪声频率下具有 SRF 的元件值。 ▪ 建议使用较小的元件 (0402 或 0201),因为它们的寄生电抗较小。 ▪ 将直流模块添加到已匹配的射频走线时,最好使用 SRF 接近工作频率且 ESR 较低的电容,因为 SRF 的电容有效电抗变为零。所以它不会改变阻抗匹配。 |
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