如果电源电路基于负载的电流恰当运行,源阻抗的理想值应该为零。但是,在现实生活中,在10MHz以上的高频范围内阻抗会逐渐增加(如图3-4-5所示),而且在某些情况下,它还会高达几10Ω。
(1) 去耦电容器
如图3-4-6(a)所示,由于连接电源和负载的线路具有电感和电阻,即使电源在理想情况下运行(0Ω),负载侧还是会产生一些阻抗。特别是在高频范围内,线路中的电感是使阻抗升高的主要原因。
为降低高频范围内的源阻抗,如图3-4-6(b)所示在电源和地线之间靠近负载的地方连接一个电容器。这个电容器称为去耦电容器、电源旁通电容器或者旁通电容器等。
图3-4-6 去耦电容器的运行
(2) 电源电压波动的吸收
去耦电容器作为临时储电器吸收负载电流的改变,防止电源电压的波动和噪声的产生。因为其放置在负载附近,线路阻抗造成的影响会减少。从阻抗的角度而言,这种运行方式意味着源阻抗降低了。
但是,即使使用了去耦电容器,还是存在一段导线(如图3-4-6(b)所示),并产生电感。因此,布置电容器时,应使这部分越短越好。
(3) 噪声限制效果
从噪声抑制的角度来看,可以认为去耦电容器限制了负载和去耦电容器之间线路部分负载侧电源产生的高频电流,从而防止了噪声传到电源线更远的地方。因此,去耦电容器不仅是稳定电路操作而且也是防止噪声产生的重要元件。为了更有效地防止噪声传导,可如图3-4-2(a)所示增加一个铁氧体磁珠,或者也可使用具有出色静噪性能的电容器,如三端子电容器。
(4) 证实去耦电容器的效用
图3-4-7显示了针对图3-4-4中的测试电路使用去耦电容器时电源电压波动发生的变化。通过连接电容器,电压波动幅度从0.48V降至0.10V,同时噪声发射降低了10dB。
图3-4-8指出了使用更高性能的三端子电容器的情形。对比使用普通MLCC的情形,电源电压的波动幅度有所降低,同时也显著抑制了噪声发射。这是因为三端子电容器具有专为降噪设计的有利结构。三端子电容器将在第6章中进一步讲述。
图3-4-7 通过去耦电容器抑制电源电压波动
图3-4-8 当三端子电容器用作去耦电容器时