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[分享] 无源器件的射频特性及谐振

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发表于 2022-9-29 14:09:43 | 显示全部楼层 |阅读模式
无源器件的高频特性会和低频特性存在很大差异,见下图
图片 9.png
电容:
所有电容都是由RLC电路组成,L是与引脚长度和结构相关的电感,R是引脚电阻,C为电容。串连的L和C会在某个频点谐振,而该频率点可以通过计算给出。谐振时电容的阻抗极低,能有效分流射频能量。频率高于电容的自谐振点时,电容就表现出电感的特性,并且感抗值随着频率的升高而变大,旁路和退耦的功能相应减弱。因此旁路和退耦的性能好坏很大程度取决于电容(表贴形式,插装形式)引脚的电感,电容与元件间的引线电感及连接焊盘(或过孔)的电感
图片 10.png
图片 11.png
图片 12.png
不同容值的电容的并联
不同值的电容并联情况比较复杂,因为每个电容的谐振频率不同,当工作频率处于最低谐振频率和最高谐振频率之间时,一些电容表现为容性,另外一些表现为感性,形成了一个LC并联谐振电路。当处于谐振状态时,电容和电感之间进行周期性的能量交换,以至流经电源层的电流非常小,电源层表现为高阻抗状态,称这种现象为反谐振
相同封装的不同电容并联无多大效果,不同封装的不同电容并联效果比较好
图片 13.png
图片 14.png
下图是一个电容组合的例子。这个组合中使用的电容为:2个680uF钽电容,7个2.2uF陶瓷电容(0805封装),13个0.22uF陶瓷电容(0603封装),26个0.022uF陶瓷电容(0402封装)。图中,上部平坦的曲线是680uF电容的阻抗曲线,其他三个容值的曲线为图中的三个V字型曲线,从左到右一次为2.2uF、0.22uF、0.022uF。总的阻抗曲线为图中底部的粗包络线。
这个组合实现了在500kHz到150MHz范围内保持电源阻抗在33毫欧以下。到500MHz频率点处,阻抗上升到110毫欧。从图中可见,反谐振点的阻抗控制得很低。
图片 15.png
相同容值的电容并联
使用很多电容并联能有效地减小阻抗。63个0.0316 uF的小电容(每个电容ESL为1 nH)并联的效果相当于一个具有0.159 nH ESL的1.9908 uF电容。
图片 16.png
单个电容及并联电容的阻抗特性如图10所示。并联后仍有相同的谐振频率,但是并联电容在每一个频率点上的阻抗都小于单个电容。
但是,从图中我们看到,阻抗曲线呈V字型,随着频率偏离谐振点,其阻抗仍然上升的很快。要在很宽的频率范围内满足目标阻抗要求,需要并联大量的同值电容。这不是一种好的方法,造成极大地浪费。有些人喜欢在电路板上放置很多0.1uF电容,如果你设计的电路工作频率很高,信号变化很快,那就不要这样做,最好使用不同容值的组合来构成相对平坦的阻抗曲线。

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