选择旁路电容很重要，但方法更重要！

最新更新时间：2021-09-02 06:08

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电容被普遍认为是解决噪声相关问题的灵丹妙药，但是，这并不是一剂“万能药”。有时候，我们只想到添加几个电容就可以解决大多数噪声问题，但由于没有考虑电容和电压额定值之外的参数，导致了电路的不稳定、噪声和功耗过大、产品生命周期缩短，以及产生不可预测的电路行为……

今天，我们以LDO电路为例，教大家如何选择正确的电容。

第一步

输出电容的选择

ADI的低压差调节器 (LDOs)可以与节省空间的小型陶瓷电容配合使用，但前提是这些电容具有低等效串联电阻(ESR)；输出电容的ESR会影响LDO控制环路的稳定性。为确保稳定性，建议采用至少1 µF且ESR最大为1 Ω的电容。

输出电容还会影响调节器对负载电流变化的响应。控制环路的大信号带宽有限，因此输出电容必须提供快速瞬变所需的大多数负载电流。

当负载电流以500 mA/µs的速率从1 mA变为200 mA时，1µF电容无法提供足够的电流，因而产生大约80 mV的负载瞬态，如图1所示。
图1. 瞬态响应 COUT = 1 µF.
当电容增加到10 µF时，负载瞬态会降至约70 mV，如图2所示。
图2. 瞬态响应 COUT = 10 µF

ps.上述示例都采用线性调节器ADP151，其输入和输出电压分别为5 V和3.3 V。

第二步

输入旁路电容的选择

在V_IN和 GND 之间连接一个1 μF电容可以降低电路对PCB布局的敏感性，特别是在长输入走线或高信号源阻抗的情况下。如果输出端上要求使用1 μF以上的电容，则应增加输入电容，使之与输出电容匹配。

输入和输出电容特性

输入和输出电容必须满足预期工作温度和工作电压下的最小电容要求。陶瓷电容可采用各种各样的电介质制造，温度和电压不同，其特性也不相同。对于5 V应用，建议采用电压额定值为6.3 V至10 V的X5R或X7R电介质。Y5V和Z5U电介质的温度和直流偏置特性不佳，因此不适合与LDO一起使用。

图4所示为采用0402封装的1 μF、10 V X5R电容与偏置电压之间的关系。电容的封装尺寸和电压额定值对其电压稳定性影响极大。一般而言，封装尺寸越大或电压额定值越高，电压稳定性也就越好。X5R电介质的温度变化率在-40℃至+85°C温度范围内为±15%，与封装或电压额定值没有函数关系。

图4. 电容与电压的特性关系

要确定温度、元件容差和电压范围内的最差情况下电容，可用温度变化率和容差来调整标称电容，如下公式所示：

CEFF = CBIAS × (1 – TVAR) × (1 –TOL)

其中C_BIAS是工作电压下的标称电容； TVAR 是温度范围内最差情况下的电容变化率（百分率）； TOL 是最差情况下的元件容差（百分率）。

本例中，X5R电介质在–40°C至+85°C范围内的TVAR为15%；TOL为10%；C_BIA_S在1.8 V时为0.94 μF，如图4所示。将这些值代入上式，即可得出：

CEFF = 0.94 µF × (1 – 0.15) × (1 – 0.1) = 0.719 µF

在工作电压和温度范围内，ADP151的最小输出旁路电容额定值为0.70 μF，因而此电容符合该项要求。

为保证LDO的性能，必须正确认识并严格评估旁路电容的直流偏置、温度变化率和容差。在要求低噪声、低漂移或高信号完整性的应用中，也必须考虑电容技术。所有电容都存在一些不够理想的行为效应，因此所选的电容技术必须与应用需求相适应。

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