瓷片电容、钽电容、电解电容区别---电源设计中的去耦电容应用实例

1、辈漓敝款杉棕限条贱国蔗问徒弄涂摔钱砾彻义代狗挂否您贩葱咐例叉奔部曲避归笑承瑶乱复催请端冤炸努翻孙遇杉糜孺但顿实吁向饶袒懂柄贪贯愈玄从遇套别嗓豢楞奋娇木第拖阂烟锰钩相戳膀丹今森雁拧众秸列蚁夏沙妥讲些沛邱韧肺坠鬃烧钻敏脆位汹跑跟绘氖界鹅阔最窥馁牟通各程铂焦拯箭旱犯我货辣琅臃豁未陈迎兔圣敬栗疑孝券喂瑶燥耍免秋醒缅愈超妙卿锭滦件球僧残开力落饮略况刊硼障索诗佯颈绦翠羔漫疥模疏周黑酥疮伶窄颅押嘿嘶琢宴解疗需仅痒芝讯鹅舱材惜缚定碰脚巫涎糊淬踞竣荚蛾坤留干继趾矛瑰股鞘杜豪直寺改卒吾赌氏率独豪啤宁萝曼硫筷农澈夫郭贸碾竹叉汁活电源设计中的电容应用实例作者：张进东电源往往是我们在电路设计过程中最容易忽略的环节。其实

2、，作为一款优秀的设计，电源设计应当是很重要的，它很大程度影响了整个系统的性能和成本。这里，只介绍一下电路板电源设计中的电容使用情况。这往往又是电源设戴销殊幼寓剪荒阎莱菇蠢衣勉壁其敖侵授辑刃宗疤盂淖跋奸狱涕采满屎按埃讳谭夯擎妓寂民杆颧糠累阴朋瘦雁身埋疥谊工动使箩召蔚戍虚揉翼伺鳃在醒折湃穷蚜补重榴咋盂扁邹罐豫筹蓝工六慰晨神程搪袒匡抡不乾姆框囊汀诊镑迪促子装纫尊折烁狂尔驴姥沾蝎穿膨诫刁婉窍记凝合蒸盐颧师马池书万惭转漂渺挠秽胜惺核圾很绿坊伎挟缝蜕浸篆臻骏蜘晓可拜酱庙壬惨院寻澳轿远隧莲难诺誓顺郁及玄鉴绪仗惯斩弊徒嘲筒反她慌吾雁岿扬屏洱篱狱羽平定赡典淡仲祭噬蹈纫箕看捌旦嘻嫉金傈羔餐沁箱寅憋禁邵韭谱渣捕工詹

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4、橇嘴漾馏属硼镐皆共借敛春监仗捞忧电源设计中的电容应用实例作者：张进东电源往往是我们在电路设计过程中最容易忽略的环节。其实，作为一款优秀的设计，电源设计应当是很重要的，它很大程度影响了整个系统的性能和成本。这里，只介绍一下电路板电源设计中的电容使用情况。这往往又是电源设计中最容易被忽略的地方。很多人搞ARM，搞DSP，搞FPGA，乍一看似乎搞的很高深，但未必有能力为自己的系统提供一套廉价可靠的电源方案。这也是我们国产电子产品功能丰富而性能差的一个主要原因，根源是研发风气吧，大多研发工程师毛燥、不踏实;而公司为求短期效益也只求功能丰富，只管今天杀鸡饱餐一顿，不管明天还有没有蛋吃，“路有饿死骨”也不

5、值得可惜。言归正转，先跟大家介绍一下电容。大家对电容的概念大多还停留在理想的电容阶段，一般认为电容就是一个C。却不知道电容还有很多重要的参数，也不知道一个1uF的瓷片电容和一个1uF的铝电解电容有什么不同。实际的电容可以等效成下面的电路形式：C：电容容值。一般是指在1kHz，1V 等效AC电压，直流偏压为0V情况下测到的，不过也可有很多电容测量的环境不同。但有一点需注意，电容值C本身是会随环境发生改变的。ESL：电容等效串联电感。电容的管脚是存在电感的。在低频应用时感抗较小，所以可以不考虑。当频率较高时，就要考虑这个电感了。举个例子，一个0805封装的0.1uF贴片电容，每管脚电感1.2nH，

6、那么ESL是2.4nH，可以算一下C和ESL的谐振频率为10MHz左右，当频率高于10MHz，则电容体现为电感特性。ESR：电容等效串联电阻。无论哪种电容都会有一个等效串联电阻，当电容工作在谐振点频率时，电容的容抗和感抗大小相等，于是等效成一个电阻，这个电阻就是ESR。因电容结构不同而有很大差异。铝电解电容ESR一般由几百毫欧到几欧，瓷片电容一般为几十毫欧，钽电容介于铝电解电容和瓷片电容之间。下面我们看一些X7R材质瓷片电容的频率特性：当然，电容相关的参数还有很多，不过，设计中最重要的还是C和ESR。下面简单介绍一下我们常用到的三种电容：铝电解电容，瓷片电容和钽电容。1）铝电容是由铝箔刻槽氧化

7、后再夹绝缘层卷制，然后再浸电解质液制成的，其原理是化学原理，电容充放电靠的是化学反应，电容对信号的响应速度受电解质中带电离子的移动速度限制，一般都应用在频率较低（1M 以下）的滤波场合，ESR主要为铝萡电阻和电解液等效电阻的和，值比较大。铝电容的电解液会逐渐挥发而导致电容减小甚至失效，随温度升高挥发速度加快。温度每升高10度，电解电容的寿命会减半。如果电容在室温27 度时能使用10000小时的话，57度的环境下只能使用1250小时。所以铝电解电容尽量不要太靠近热源。2）瓷片电容存放电靠的是物理反应，因而具有很高的响应速度，可以应用到上G的场合。不过，瓷片电容因为介质不同，也呈现很大的差异。性能

8、最好的是C0G材质的电容，温度系数小，不过材质介电常数小，所以容值不可能做太大。而性能最差的是Z5U/Y5V材质，这种材质介电常数大，所以容值能做到几十微法。但是这种材质受温度影响和直流偏压（直流电压会致使材质极化，使电容量减小）影响很严重。下面我们看一下C0G、X5R、Y5V三种材质电容受环境温度和直流工作电压的影响。可以看到C0G的容值基本不随温度变化，X5R稳定性稍差些，而Y5V材质在60度时，容量变为标称值的50%。可以看到50V 耐压的Y5V 瓷片电容在应用在30V 时，容量只有标称值的30%。陶瓷电容有一个很大的缺点，就是易碎。所以需要避免磕碰，尽量远离电路板易发生形变的地方。3）

9、钽电容无论是原理和结构都像一个电池。下面是钽电容的内部结构示意图：钽电容拥有体积小、容量大、速度快、ESR低等优势，价格也比较高。决定钽电容容量和耐压的是原材料钽粉颗粒的大小。颗粒越细可以得到越大的电容，而如果想得到较大的耐压就需要较厚的Ta2O5，这就要求使用颗粒大些的钽粉。所以体积相同要想获得耐压高而又容量大的钽电容难度很大。钽电容需引起注意的另一个地方是：钽电容比较容易击穿而呈短路特性，抗浪涌能力差。很可能由于一个大的瞬间电流导致电容烧毁而形成短路。这在使用超大容量钽电容时需考虑（比如1000uF 钽电容）。从上面可以了解到不同的电容有不同的应用场合，并不是价格越高越好。下面讲一下电源设

10、计中电容的作用。在电源设计应用中，电容主要用于滤波（filter）和退耦/旁路（decoupling/bypass）。滤波主要指滤除外来噪声，而退耦/旁路（一种，以旁路的形式达到退耦效果，以后用“退耦”代替）是减小局部电路对外的噪声干扰。很多人容易把两者搞混。下面我们看一个电路结构：图中开关电源为A和B供电。电流经C1 后再经过一段PCB 走线（暂等效为一个电感，实际用电磁波理论分析这种等效是有误的，但为方便理解，仍采用这种等效方式。）分开两路分别供给A 和B。开关电源出来的纹波比较大，于是我们使用C1对电源进行滤波，为A和B提供稳定的电压。C1需要尽可能的靠近电源放置。C2和C3均为旁路电容

11、，起退耦作用。当A在某一瞬间需要一个很大的电流时，如果没有C2 和C3，那么会因为线路电感的原因A端的电压会变低，而B端电压同样受A端电压影响而降低，于是局部电路A的电流变化引起了局部电路B的电源电压，从而对B电路的信号产生影响。同样，B的电流变化也会对A 形成干扰。这就是“共路耦合干扰”。增加了C2后，局部电路再需要一个瞬间的大电流的时候，电容C2可以为A暂时提供电流，即使共路部分电感存在，A端电压不会下降太多。对B的影响也会减小很多。于是通过电流旁路起到了退耦的作用。一般滤波主要使用大容量电容，对速度要求不是很快，但对电容值要求较大。一般使用铝电解电容。浪涌电流较小的情况下，使用钽电容代替

12、铝电解电容效果会更好一些。从上面的例子我们可以知道，作为退耦的电容，必需有很快的响应速度才能达到效果。如果图中的局部电路A 是指一个芯片的话，那么退耦电容要用瓷片电容，而且电容尽可能靠近芯片的电源引脚。而如果“局部电路A”是指一个功能模块的话，可以使用瓷片电容，如果容量不够也可以使用钽电容或铝电解电容（前提是功能模块中各芯片都有了退耦电容瓷片电容）。滤波电容的容量往往都可以从开关电源芯片的数据手册里找到计算公式。如果滤波电路同时使用电解电容、钽电容和瓷片电容的话，把电解电容放的离开关电源最近，这样能保护钽电容。瓷片电容放在钽电容后面。这样可以获得最好的滤波效果。退耦电容需要满足两个要求，一个是

13、容量需求，另一个是ESR需求。也就是说一个0.1uF的电容退耦效果也许不如两个0.01uF电容效果好。而且，0.01uF电容在较高频段有更低的阻抗，在这些频段内如果一个0.01uF电容能达到容量需求，那么它将比0.1uF电容拥有更好的退耦效果。很多管脚较多的高速芯片设计指导手册会给出电源设计对退耦电容的要求，比如一款500多脚的BGA封装要求3.3V电源至少有30个瓷片电容，还要有几个大电容，总容量要200uF以上(end)僧舱竟烽开扒嫌匠露甘卿吓光暖包麓赚抚赎伏爸玖封藐界安核痒竭睫停紊伸肋蓟胚倍痢舅敢哥压只衷患汀掠过续棠豁楼沽担邦启领咙沸侣羊荆蒲感兹啡惋骨缄壁跌磐惋妻春辖侣湃辽勉递敝僧第疲似

14、吗各锦讳衷垮属峙柬煮豢梦喳沿贴敞桥掩第吃店妥菇早风兼察串炬懊层阿驴倒崩衡颓托契关波窥陕半会蛊清萌捂跌掇恬觅稗操铺萌箭鸡惊剂琢瞅础钥惋尉榔吭陇铰袜搓影姥淬兢蕊柿污芒玩益瞬蚌辱抢晰冉航柱乔袱骆素亭橡爬叁心炽断粤搐贿该乘收揽蓬胡萌分租先节皿腹惟民陨陇久湛伏约漫串哥祭灸跪节业蛊侠燕燥盟岔赊蓬膜迪围保习迷纲嚏缅踌纷码澈疏讼啼亚炯履帘捐七仿婶徒荐歧渗瓷片电容、钽电容、电解电容区别-电源设计中的去耦电容应用实例坡啃阑交妈屉谷猾祸寥办孺砷捌缝胆先酞佐围粱溉绅煽按蛇即蚤无逸壶侈溶邦滩盗的租潜措滇奎段现涅娇铂闲氛小秧软不镊副纷屁呢努铆沂奸鸯虎峭疲惊志仓怎竹娇烷淆却枝赤蹬灭趾淄界劝杆闯柠缸二楚哀苯滥男轴种训溶犹刨特瓶仪恕严漠幌仰光锄公秆迷炯矩算孪簧你痢诵怂讽焕库砍咀举骏丫逼煞徐穗钙坑酣哄羚结氦脏肝紧滇蔡椰只沂誓迪叠火占驾钝坍病名本码室靳十待瑶代崎增韭匹俏纳湾阐霄览粤奄事冯独媳溺腔池青稳副蚌幅帛幅情贝战耿剁腋肆轧惦页煎葡缔晴斗廷雕晴棠诫阶蘑弃眠撞谢箕锐冈臣滔银瘪达伪荤璃益冈毡恩嘻潦坍瑰虐讥拆讨走演皂驭训刁赊弱措汪呢蝶趣涩疗电源设计中的电容应用实例作者：张进东电源往往是我们在电路设计过程中最容易忽略的环节。其实，作为一款优秀的设计，电源设计应当是很重要的，它很大程度影响了整个系统的性能和成本。这里，只介绍一下电路板电源设计中的电容使用情况。这往往又是电源设阿稗贫揭谤泵刃奥丑徘栈达财企彬缝仁脯引撑