電路設計 - pcb電容器在pcb設計中的作用

PCB電容器是印刷電路板（PCB）中使用的無源電子元件，主要用於存儲電荷並在電路中釋放電荷。 它們通常由兩個導電板和一層絕緣介質組成，這種結構允許電容器儲存電能並在需要時釋放。

電容器實際上應該由六個部分組成。 除了其自身的電容C外，它還由以下部分組成。

1.等效串聯電阻ESR RESR：電容器的等效串聯電阻由電容器的引脚電阻和串聯電容器兩個極板的等效電阻組成。 當大交流電流流過RESR時，RESR會導致電容器耗散能量（從而導致損耗）。這可能會對具有高紋波電流的射頻電路和電源去耦電容器產生嚴重後果。 RESR最低的電容器是雲母電容器和薄膜電容器，但它們對精密高阻抗小訊號類比電路的影響不大。

2.等效串聯電感ESL LESL：電容器的等效串聯電感由電容器的引脚電感和串聯電容器的兩個極板的等效電感組成。 與RESR一樣，LESL在射頻或高頻工作環境中可能是一個嚴重的問題，儘管精密電路本身在直流或低頻條件下工作良好。 其原因是，即使跳頻擴展到數百兆赫或千兆赫，精密類比電路中使用的電晶體也有增益，從而允許諧振訊號的低電感放大。 這就是為什麼電路的電源側應該在高頻下正確解耦的主要原因。

3.等效並聯電阻EPR RL是我們通常所說的電容性漏電阻。 RL是交流耦合應用、存儲應用（如類比積分器和樣品保持器）以及在高阻抗電路中使用電容器時的重要參數。 理想電容器中的電荷應僅隨外部電流而變化。 然而，實際電容器中的RL導致電荷以RC時間常數確定的速率緩慢洩漏。

4.RDA和CDA這兩個參數也是電容分佈參數，但在實際應用中影響不大，此處不再贅述。 囙此，有三個重要的電容分佈參數：ESR、ESL和EPR。 其中最重要的是ESR和ESL。 事實上，只有RLC簡化模型用於分析電容模型，即根據C、ESR和ESL分析電容。

5.在介紹詳細模型的基礎上，讓我們談談我們設計中經常使用的兩種電容器。

6.電解電容器（例如鉭和鋁電解電容器）具有大容量。 由於其低隔離電阻，即小等效並聯電阻EPR和高漏電流（典型值520 na/¼f），它們不適合存儲和耦合。 電解電容器更適合作為電源的旁路電容器來穩定它們。 最適合交流耦合和電荷存儲的電容器是PTFE電容器和其他聚酯（聚丙烯、聚苯乙烯等）電容器。

7.單片陶瓷電容器更適合高頻電路去耦電容器，因為其等效串聯電感非常低，即等效串聯電感ESL非常小，去耦頻帶非常寬。 這與它的結構有很大關係。 單片陶瓷電容器由多層夾在中間的金屬和陶瓷薄膜組成，這些薄膜與母線平行排列，而不是串聯纏繞。

電容器在pcb中的作用

1.耦合作用

PCB板中的電容器主要負責訊號的耦合作用，特別是在低頻訊號的傳輸中。 通過耦合電容，低頻訊號可以在電路之間有效傳輸，防止電路前後的靜電干擾。

2.過濾

濾波是電路中電容器的重要功能之一。 電容器可以抑制不需要的高頻訊號，作為電源線或訊號線上的濾波器，使功率輸出更加穩定。 大容量電容器通常負責低頻濾波，而小容量電容器用於高頻濾波，以實現最佳訊號質量。

3.解耦

去耦電容器的主要功能是為集成電路（IC）提供低阻抗的電源路徑，以消除電源系統中的雜訊，從而確保電路的穩定性。 這些電容器通常需要盡可能靠近IC的電源引脚放置，以儘量減少電感和阻抗。

4.儲能

儲能電容器的主要目的是在電路通電時快速提供所需的電力。 儲能電容器通常具有較大的電容值，可以緩衝電力需求突然新增時的電壓波動，從而保證電源的穩定性。 在設計中，儲能電容器的佈局還應考慮與負載的相對位置，以確保其效率。

5.雜訊濾波

電容器可以通過干擾訊號濾波的旁路電路來實現。旁路電容器通常用於繞過高頻雜訊，確保在訊號放大時，只有低頻訊號才能進入電路的下一級。 這對於提高電路的信號完整性至關重要。

6.佈局的重要性

PCB上電容器的佈局直接影響電路效能。 適當的佈局不僅可以减少訊號干擾，還可以提高電源的完整性。 電容器應盡可能放置在電流路徑中，以確保其充分發揮濾波和去耦功能

設計PCB時如何選擇合適的電容器？

1.確定應用要求

在選擇合適的電容器之前，您首先需要定義電容器在電路中的具體應用。 例如，電容器可用於不同的功能，如濾波、去耦、耦合或儲能。 不同類型的電容器適用於不同的目的，例如去耦電容器主要用於濾除電源中的高頻雜訊，而濾波電容器用於電力系統的穩定性和雜訊抑制。

2.考慮電容器的類型

電容器的選擇應根據實際需要確定類型。 常見的電容器類型包括鋁電解電容器、陶瓷電容器和鉭電容器。 鋁電解電容器適用於大容量、低頻功率旁路，而陶瓷電容器由於其低等效串聯電感而適用於高頻去耦電路。

3.根據電容和電壓水准進行選擇

正確選擇電容值至關重要，電容器的容量應能滿足電路要求，而其額定電壓需要高於電路中的最高工作電壓。 確保有足够的電壓裕度，以避免在操作條件下觸發電容器故障。

4.考慮環境因素

使用環境的溫度、濕度和振動等因素也會影響電容器的選擇。 某些類型的電容器在高溫或極端環境下效能較差，囙此應選擇適合特定工作環境的電容器。

5.頻率回應和ESR

在高頻電路的設計中，需要注意電容器的頻率特性和等效串聯電阻（ESR）。 選擇ESR較低的電容器有助於提高電路效能，特別是在訊號快速變化的情况下，低ESR可以减少功率損失和熱量產生。

6.包裝類型和佈局

電容器的封裝類型可能會影響電路板的佈局和電子元件的密度。 囙此，有必要選擇適合PCB設計的封裝形式。 適當的佈局可確保電容器能够以最佳管道連接到電路，以最大限度地减少干擾並提高效能。

PCB電容器在印刷電路板（PCB）中起著至關重要的作用，承擔著耦合、濾波、去耦、儲能和雜訊濾波等多種功能。選擇合適的電容器不僅可以提高電路穩定性和信號完整性，還可以優化不同操作條件下的電路效能。