坦电容做电源滤波,放在陶瓷电容的前面还是后面好

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简介

坦电解电容

陶瓷电容

为什么这个顺序是最佳的?

重点结论和规律


简介

这是一个非常专业的问题

更准确的说法是:应该将坦电容放置在更靠近电源输入端的位置,而将陶瓷电容放置在更靠近用电芯片(负载)的引脚处。

下面我们来详细解释为什么,以及如何正确布局。

两种电容的角色与特性

要理解布局,首先要明白它们在电路中的作用和特性:

坦电解电容

主要作用

储能和缓冲。由于其容量通常较大(微法级别),它能储存较多的电荷,用于应对负载电流的突然变化(瞬态电流),防止电源电压出现大幅波动。它就像是电源路径上的一个"大水库"。

关键特性

有等效串联电阻(ESR)。这个ESR在某些情况下不是坏事,它可以帮助抑制由PCB走线电感和电容形成的LC谐振环,提供阻尼,让电源更稳定。

陶瓷电容

主要作用

高频去耦和噪声过滤。陶瓷电容容量小(纳法或皮法级别),但其ESR和等效串联电感(ESL)极低,因此高频特性极好。它可以非常迅速地为芯片提供瞬时的高频电流,并滤除电源上的高频噪声。

关键特性

近乎理想的高频电容,但可能和PCB电感形成谐振。

最佳布局方案与分析

最推荐的布局顺序是(从电源流向芯片):

电源 → 坦电容 → 陶瓷电容 → 芯片电源引脚

为什么这个顺序是最佳的?

能量流路径清晰

当芯片需要一个大电流时(例如数字芯片内部时钟翻转),它首先会从离它最近的"高频水库"------

陶瓷电容中获取电荷。因为路径最短,电感最小,响应最快。

这个动作会导致局部电压微小的下降,随后,更大的"主水库"------

坦电容会开始通过稍长的路径为陶瓷电容补充电荷。由于坦电容容量大,它能维持较长时间的供电。

最后,远处的电源(如DC-DC模块)才开始响应,为坦电容充电。

发挥各自频率优势

  • 这个布局形成了一个天然的"频率滤波器链"。高频噪声首先被离芯片最近的陶瓷电容短路到地。中低频的电流波动则由更远处的坦电容来处理。
    • 如果把坦电容放在陶瓷电容后面,高频电流需要先经过坦电容(其ESL相对较高)才能到达芯片,这会削弱高频去耦的效果。
    • 稳定性考虑(阻尼)
    • 如前所述,坦电容的ESR可以提供阻尼。如果把它放在上游,它可以有效地抑制从电源到电容网络这段路径上可能产生的谐振。
    • 陶瓷电容的ESR极小,如果单独使用,很容易和PCB走线电感形成尖锐的谐振峰,反而在某些频率点放大噪声。有坦电容在前级提供阻尼,整个电源网络会更加稳定。

一个生动的比喻

你可以把电源滤波网络想象成一个城市的供水系统:

坦电容

市区的大型水厂/储水塔:负责储存大量的水,应对全市的用水高峰,保证基础水压稳定。

陶瓷电容

你家大楼里的水箱/水龙头里的存水:离你最近。当你突然打开水龙头时,最先流出来的是水箱和水管里现存的水,响应速度最快,能满足你瞬间的用水需求。

芯片

用水端。

显然,合理的顺序是:水厂(坦电容)→ 大楼水箱(陶瓷电容)→ 你家水龙头(芯片)。你不会想把大水塔直接装在你的水龙头上。

总结与建议

|------|------------------|------------|
| 特性 | 坦电解电容 | 陶瓷电容(MLCC) |
| 最佳位置 | 靠近电源输入/转换器 | 紧靠芯片电源引脚 |
| 主要角色 | 储能、缓冲、中低频去耦、提供阻尼 | 高频去耦、过滤噪声 |
| 布局顺序 | 前级 | 后级(更靠近负载) |

PCB布局实践:

对于每个芯片的电源引脚,至少放置一个

0.1µF的陶瓷电容,并尽可能靠近引脚,电源和地引脚之间的回路面积要最小。

在板级电源入口处或每个电源区域,放置一个或多个坦电容(例如10µF - 100µF),为整个区域提供储能。

重点结论和规律

"先大后小,先坦后陶" 的原则(从电源流向角度看)。

所以,回到你的问题:坦电容应该放在陶瓷电容的 "前面" (从电源流向看),而陶瓷电容是滤波链的最后一环,直接服务于芯片。

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