信號(hào)通過電容后的影響
2023/2/20 10:25:15??????點(diǎn)擊：
我們經(jīng)常見到信號(hào)中串有耦合電容，如下結(jié)構(gòu)。
隔離直流分量；
允許電容兩端使用不同level的電壓值；
防止熱插拔時(shí)的瞬態(tài)電流；
協(xié)議要求，檢測(cè)對(duì)端用；
等等...
這些不是我們的重點(diǎn)，下面我們來直觀的看一下，信號(hào)通過電容后的影響；
對(duì)于一個(gè)沒有AC耦合電容的100MHz信號(hào)波形如下：
此時(shí)1V擺幅的波形中含有1V的直流分量；
信號(hào)過了220nF AC耦合電容后：
此時(shí)，經(jīng)過100nF耦合電容后，信號(hào)當(dāng)中的1V直流分量沒有了；
此時(shí)可以在電容后邊加上其他level的電平：
這就是信號(hào)通過AC耦合電容后，隔去直流成分，以及達(dá)到收發(fā)芯片使用不同電平的效果；
接下來，我們看一下容值的選擇：
電容的阻抗 Z=1/（2*pi*freq*C）
由此可見，當(dāng)選擇的電容過于小時(shí)，對(duì)于低頻部分阻抗越大，下面直觀觀察波形：
發(fā)送端驅(qū)動(dòng)一個(gè)上升跳變邊沿，波形如下：
再次基礎(chǔ)上，加上100nF的電容，波形如下：
此時(shí)，跳變信號(hào)經(jīng)過100nF電容后，幾乎沒有變化，減小電容為10pF時(shí)，波形如下：
逐漸增加電容大?。?/span>
由仿真波形，可以直觀的得出結(jié)論，電容容值越大，信號(hào)越可以順利通過；
這里就是一個(gè)電容充電的時(shí)間常數(shù)問題，τ=RC
而電容的電流 I(t)=A*（e的-t/RC）
從公式中可以看出，通過電容的電流迅速升高，然后按照上述公式，程倒指數(shù)下降，而下降的速度和指數(shù)的冪有關(guān)，冪越大，下降的越快，而當(dāng)冪當(dāng)中的τ，也就是RC的值越小時(shí)，電容電流下降的越快，相反，當(dāng)RC，也就是電容的值越大時(shí)，電容電流下降的越慢，如上圖，當(dāng)電容達(dá)到50nF時(shí)，幾乎能保持相當(dāng)?shù)臅r(shí)間了，足夠滿足100Mhz以上的信號(hào)了。
電容的電流見下圖：
可以看到，電容電流的形狀和通過電容后的波形形狀是一樣的；
通過演示，可以很直觀的了解信號(hào)通過電容后是什么樣的；
看樣子，電容要選大一點(diǎn)的；
當(dāng)然也不是越大越好，原因之一就是，電容都不是理想電容，還有寄生電感(ESL)和等效串聯(lián)電阻(ESR)；
下面看一下在100nF的電容后面緊跟著一個(gè)10 mOhm的電阻，波形如下：
可以看到，波形幾乎沒有變化，由于計(jì)生電阻很小，沒有構(gòu)成影響；
繼續(xù)串接一個(gè)0.4nH的電感，波形如下：
當(dāng)前上身邊沿為30ps，可見幾乎也沒有影響，下面來對(duì)比一下不同電感值的波形：
由此可見，當(dāng)電感大了之后，信號(hào)的邊沿會(huì)變緩，因?yàn)?，電感阻高頻，所以邊沿中的高頻成分有所衰減，但是電感要到幾nH之后才會(huì)體現(xiàn)出這種影響，而一般幾u(yù)F，幾百nF的電容寄生電感大概為0.4~0.6左右（因廠家、封裝而異），因此一般選擇100nF、220nF的電容是比較合理的。
下面看一下電容容值和其寄生電感的值對(duì)頻譜的衰減程度：
不同容值電容的衰減頻譜
不同寄生電感的衰減頻譜
對(duì)于電容容值的選擇，以及信號(hào)通過電容后的影響，我們已經(jīng)非常清楚了；
當(dāng)然電容不是越大越好的原因之二，就是電容大了之后封裝也會(huì)大，從而PCB的焊盤也會(huì)大，這對(duì)信號(hào)的阻抗會(huì)造成較大影響，甚至?xí)鹬C振。
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