鉭質(zhì)電容介紹

1、一、鉭電容介紹鉭電容是由稀有金屬鉭加工而成，先把鉭磨成微細粉，再與其它的介質(zhì)一起經(jīng)燒結(jié)而成。目前的工藝有干粉成型法和濕粉成型法兩種。鉭電容由于金屬鉭的固有本性，具有穩(wěn)定好、不隨環(huán)境的變化而改變、能做到容值很大等特點，在某些方面具有陶瓷電容不可比較的一些特性，因此在很多無法使用陶瓷電容的電路上鉭電容被廣泛采用。目前全球主要有以下幾個品牌的鉭電容：AVX、KEMET、VISHAY、NEC，其中AVX和VISHAY的產(chǎn)量最大，而且質(zhì)量最好。 雖然是個簡單的概念，不過一寫成洋文，就變得不容易理解了。 ESR，是Equivalent Series Resistance三個單詞的縮寫，翻譯過來就是“等效串

2、連電阻”。 理論上，一個完美的電容，自身不會產(chǎn)生任何能量損失，但是實際上，因為制造電容的材料有電阻，電容的絕緣介質(zhì)有損耗，各種原因?qū)е码娙葑兊貌弧巴昝馈薄＿@個損耗在外部，表現(xiàn)為就像一個電阻跟電容串連在一起，所以就起了個名字叫做“等效串連電阻”。 ESR的出現(xiàn)導致電容的行為背離了原始的定義。 比如，我們認為電容上面電壓不能突變，當突然對電容施加一個電流，電容因為自身充電，電壓會從0開始上升。但是有了ESR，電阻自身會產(chǎn)生一個壓降，這就導致了電容器兩端的電壓會產(chǎn)生突變。無疑的，這會降低電容的濾波效果，所以很多高質(zhì)量的電源啦一類的，都使用低ESR的電容器。 同樣的，在振蕩電路等場合，ESR也會引起電

3、路在功能上發(fā)生變化，引起電路失效甚至損壞等嚴重后果。 所以在多數(shù)場合，低ESR的電容，往往比高ESR的有更好的表現(xiàn)。 不過事情也有例外，有些時候，這個ESR也被用來做一些有用的事情。 比如在穩(wěn)壓電路中，有一定ESR的電容，在負載發(fā)生瞬變的時候，會立即產(chǎn)生波動而引發(fā)反饋電路動作，這個快速的響應，以犧牲一定的瞬態(tài)性能為代價，獲取了后續(xù)的快速調(diào)整能力，尤其是功率管的響應速度比較慢，并且電容器的體積/容量受到嚴格限制的時候。這種情況見于一些使用mos管做調(diào)整管的三端穩(wěn)壓或者相似的電路中。這時候，太低的ESR反而會降低整體性能。 ESR是等效“串連”電阻，意味著，將兩個電容串連，會增大這個數(shù)值，而并聯(lián)則

4、會減少之。 實際上，需要更低ESR的場合更多，而低ESR的大容量電容價格相對昂貴，所以很多開關(guān)電源采取的并聯(lián)的策略，用多個ESR相對高的鋁電解并聯(lián)，形成一個低ESR的大容量電容。犧牲一定的PCB空間，換來器件成本的減少，很多時候都是劃算的。 ESL，也就是等效串聯(lián)電感。早期的卷制電容經(jīng)常有很高的ESL，而且容量越大的電容，ESL一般也越大。ESL經(jīng)常會成為ESR的一部分，并且ESL也會引發(fā)一些電路故障，比如串連諧振等。但是相對容量來說，ESL的比例太小，出現(xiàn)問題的幾率很小，再加上電容制作工藝的進步，現(xiàn)在已經(jīng)逐漸忽略ESL，而把ESR作為除容量之外的主要參考因素了。 順便，電容也存在一個和電感類

5、似的品質(zhì)系數(shù)Q，這個系數(shù)反比于ESR，并且和頻率相關(guān)，也比較少使用。 由ESR引發(fā)的電路故障通常很難檢測，而且ESR的影響也很容易在設計過程中被忽視。簡單的做法是，在仿真的時候，如果無法選擇電容的具體參數(shù)，可以嘗試在電容上人為串連一個小電阻來模擬ESR的影響，通常的，鉭電容的ESR通常都在100毫歐以下，而鋁電解電容則高于這個數(shù)值，有些種類電容的ESR甚至會高達數(shù)歐姆。教您如何來正確的選擇濾波電容 濾波電容在開關(guān)電源中起著非常重要的作用，如何正確選擇濾波電容，尤其是輸出濾波電容的選擇則是每個工程技術(shù)人員都十分關(guān)心的問題。 50Hz工頻電路中使用的普通電解電容器，其脈動電壓頻率僅為100Hz，充

6、放電時間是毫秒數(shù)量級。為獲得更小的脈動系數(shù)，所需的電容量高達數(shù)十萬F，因此普通低頻鋁電解電容器的目標是以提高電容量為主，電容器的電容量、損耗角正切值以及漏電流是鑒別其優(yōu)劣的主要參數(shù)。而開關(guān)電源中的輸出濾波電解電容器，其鋸齒波電壓頻率高達數(shù)十kHz，甚至是數(shù)十MHz，這時電容量并不是其主要指標，衡量高頻鋁電解電容優(yōu)劣的標準是“阻抗-頻率”特性，要求在開關(guān)電源的工作頻率內(nèi)要有較低的等效阻抗，同時對于半導體器件工作時產(chǎn)生的高頻尖峰信號具有良好的濾波作用。普通的低頻電解電容器在10kHz左右便開始呈現(xiàn)感性，無法滿足開關(guān)電源的使用要求。而開關(guān)電源專用的高頻鋁電解電容器有四個端子，正極鋁片的兩端分別引出作

7、為電容器的正極，負極鋁片的兩端也分別引出作為負極。電流從四端電容的一個正端流入，經(jīng)過電容內(nèi)部，再從另一個正端流向負載；從負載返回的電流也從電容的一個負端流入，再從另一個負端流向電源負端。由于四端電容具有良好的高頻特性，為減小電壓的脈動分量以及抑制開關(guān)尖峰噪聲提供了極為有利的手段。高頻鋁電解電容器還有多芯的形式，即將鋁箔分成較短的若干段，用多引出片并聯(lián)連接以減小容抗中的阻抗成份。并且采用低電阻率的材料作為引出端子，提高了電容器承受大電流的能力。各種自動控制的電路中，微控制器被廣泛的應用。微控制器的時鐘電路，采用方波而不是正弦波。方波比正弦波含有更高的高頻成分，引起的電磁干擾噪聲頻率，相當于時鐘頻

8、率的倍。噪聲中還含有更高的頻率成分。在頻率很高時，對電容來說，它的寄生電感不容忽視；對電感來說，它的分布電容會起作用；對電阻來說，它存在著對高頻信號的反射；對印刷板上的引線來說，它的分布電感不容忽視，而且長的引線還表現(xiàn)出天線的特征，將高頻噪聲信號發(fā)射出去。焊接印刷線路板的元件時，如果電阻、電容、三極管的引腳過長，這些長的引腳恰好成了高頻信號的天線。特別是信號引出線，如果該信號引出線的長度達到高頻信號波長的1/20，噪聲信號就會發(fā)射出去了。例如，對于100的噪聲信號，長度是3cm，15cm的引線就是它的發(fā)射天線。去除這些高頻噪聲干擾的辦法是加退耦電容或高頻旁路電容。好的高頻退耦電容可以去除高至1

9、GHz的高頻成分，陶瓷片電容或多層陶瓷電容高頻特性比較好，如常用的25U系列。設計印刷線路板時，每個集成電路的電源和地之間都要加一個退耦電容。 這個退耦電容有兩個作用：一方面是充當本集成電路的儲能電容，提供和吸收該電路開路、關(guān)斷瞬間的充、放電能量；另一方面是旁路掉該器件的高頻噪聲。數(shù)字電路中典型的退耦電容是0.1。而這種電容由于本身結(jié)構(gòu)的特點以及有一段引腳，免不了有分布電感。這個分布電感的典型值是。分布電感的退耦電容，并聯(lián)共振頻率大約在左右。也就是說，它對以下的噪聲有較好的退耦作用；但對以上的噪聲幾乎不起作用。 1nF、10nF的電容，并聯(lián)共振頻率在20以上，用來去除高頻噪聲效果更好些。在電源

10、進入印刷板的地方加一個或的退耦電容往往是有利的。即使是電池供電系統(tǒng)，也需要這種電容。 每10片左右集成電路加一支充放電電容，或稱儲能電容，其電容值可選左右。最好使用鉭電容或聚碳酸酯電容，不要用電解電容，因為電解電容是用兩層薄膜卷起來的，這種卷起來的結(jié)構(gòu)在高頻時表現(xiàn)為電感。 退耦電容值的選取并不嚴格，可按選用，即10取0.1；100取0.01；對微控制器構(gòu)成的系統(tǒng)，取0.10.01都可以。 特別應注意的是，在焊接時退耦電容的引腳要盡量的短。長的引腳會使退耦電容本身發(fā)生自共振。根據(jù)電容的靜電容量和外形尺寸，大致可以將電容分成以下幾類：大尺寸、大容量的鋁電解電容，小尺寸、小容量的多層陶瓷電容(MLC

11、C)和薄膜電容，以及尺寸和體積處于前兩者之間的鉭電容和導電性高分子電容。由于MLCC正在繼續(xù)縮小體積并增大電容量，因此其應用領域也在不斷擴大。 MLCC取代的是靜電容量為幾u,F幾百uF的鉭電容和導電性高分子電容。他們大部分是用于去耦合(旁通)、平滑或起輔助性質(zhì)的電容(見圖1)。比如，在去除電源線上負載中不需要的交流信號時，MLCC以前只是用于去除1MHz以上的高頻信號?，F(xiàn)在，由于靜電容量的增加，之前由鉭電容和導電性高分子電容負責的去除頻率更低的噪聲(幾百kHz左右)任務也改由MLCC完成(見圖2)。 同時，為了和MLCC展開競爭，導電性高分子電容的性能也在不斷加強。通過對材料和內(nèi)部結(jié)構(gòu)等方面

12、的改進，實現(xiàn)降低阻抗及增大單位體積靜電容量的目的。其目標是將靜電容量提高到1000gF以上，這樣就能夠用一個導電性高分子電容 圖3低ESL電容產(chǎn)品相繼問世 許多生產(chǎn)廠家一起采取措施降低ESL的原因之一，是開關(guān)電源正在提高頻率向1MHz4MHz發(fā)展。于是，電源線上需要去除的紋波電流的頻率也提高到1MHz左右，必須提高電容在高頻頻帶中去除噪聲的性能。另外，隨著電路驅(qū)動電壓的下降，對于電源電壓的穩(wěn)定性要求更加嚴格也是原因之一。用于減少ESL的方法有幾種。第一，除去引線框架將電容器元件直接連接到外部引腳上，以縮短電容器內(nèi)部的連接路徑，如圖(a)所示。第二，縮短外部引腳之間的距離，以縮短電流從陽極向陰極

13、流動的途徑，見圖(b)。第三，在電容器內(nèi)部疊加電極時，改變所連接引腳的方向以抵消電流流動時發(fā)生的磁場，從而減少ESL，見圖(c)。關(guān)于(a)和(b)兩種方法，在內(nèi)部結(jié)構(gòu)類似的鉭電容或鈮氧電容中也可以采來替代若干個MLCC或其它電容。另外，為了避免采用MLCC會引起的壓電效應等問題，有的應用中改用了鉭電容。 用小型化實現(xiàn)低價格 一般認為，幾llF的大容量MLCC產(chǎn)品存在價格昂貴的問題。但有些MLCC生產(chǎn)廠商指出，由于單位體積的電容量在不斷增大，外形尺寸為20mm X 125mm X125mm(2012尺寸)或16 mm X08mm X 08mm(1608尺寸)的MLCC的價格有可能可以同低成本的

14、鋁電解電容相當。當切割多層的大陶瓷片制造MLCC時，每個MLCC的外形尺寸越小，其制造成本就越低。 另外，MLCC主要應用于便攜式設備，所采用的都是2012尺寸以下的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品很容易獲得規(guī)模生產(chǎn)的成本優(yōu)勢。京瓷公司解釋說：“以10uF的產(chǎn)品作比較，雖然MLCC的價格比鋁電解電容高出幾倍，但卻低于其他的導電性高分子電容和鉭電容等?！笔褂?012尺寸可以覆蓋到47uF，使用1608尺寸可以覆蓋到10laf。實際上，這兩種尺寸的10uf產(chǎn)品，作為電源芯片輸入輸出端的平滑電容得到了廣泛應用，其價格也正在下降。 22uF以上容量產(chǎn)品的價格，因為電容的種類不同而差別很大。按照鉭電容、MLCC、導電性高

15、分子電容的順序，價格逐步升高。京瓷公司推出了使用低成本材料鈮(Nb)的鈮氧(NbO)電容Ox匯叩，目標是取代其他電容。47皿F和100，LF的鈮氧電容，雖然外形尺寸大于MLCC，但價格僅相當于MLCC的12左右。 圖4MLCC的瓶頸是DC偏置電壓特性 在MLCC中，存在看施加直流電壓時電容量下降的問題。隨著單位體積靜電容量的增大，直流電壓導致的電容量變化日益顯著。一些有關(guān)廠家認為，DC偏置電壓特性的問題并不在于電容量減少這一現(xiàn)象本身，而在于缺乏評估電容量減少程度的標準。因此，村田制作所、日本T D K公司和京瓷公司公布了其產(chǎn)品的DC偏置電壓特性。 靈活應用低阻抗特點 雖然MLCC的電容量在不斷

16、增大，但在目前10gF以上容量的電容產(chǎn)品中，外形尺寸與其他電容基本相同的MLCC的價格仍然較高。因此，有關(guān)人士認為，100uF以上的大容量MLCC暫時還不會普及。 但MLCC生產(chǎn)廠家聲稱，在幾十gF-100gF的大容量產(chǎn)品中，可能有些鋁電解電容會被MLCC所取代。對于為了去除交流信號的噪聲而使用的去耦合或者平滑電容來說，靈活應用MLCC的低阻抗特點就有可能使用電容量較低的MLCC替代原來的鋁電解電容。 MLCC的阻抗在自諧振頻率處最小，一般小于10nLQ，阻抗特別小的則在1mn以下。電容的阻抗越小，其去除噪聲的性能越高。但由于PCB板上也存在著阻抗，因此，一味降低電容的阻抗并沒有意義。Inte

17、l在2006年1月推出的微處理器“CoreDuo和“CoreSolo”要求電容的阻抗小于15mq。鋁電解電容的阻抗在自諧振頻率處為幾十mn幾n，阻抗較高。導電性高分子電容也有10mr2-幾十mn左右。 在使用阻抗較大的電容時，為了減小其在低頻頻帶中的阻抗，通常選擇靜電容量大的產(chǎn)品。如果改用阻抗較小的MLCC，選用靜電容量為原來14-12的MLCC一般就能實現(xiàn)與原來相同的去噪性能。 在某些情況下還可以替換成靜電容量不到原來110的小容量MLCC。太陽誘電公司把電視機圖像處理板上安裝的33gF、47gF、100LlF的鋁電解電容均替換成22gF的MLCC，并使用示波器觀察信號的波形。結(jié)果表明，去噪

18、性能與之前相比幾乎沒有變化。 采用低阻抗MLCC還可以減少電容的使用數(shù)量。例如，可以用1個47gF的MLCC代替1個用于低頻的22gF鋁電解電容或鉭電容和1個用于高頻的01gF MLCC的組合。這樣不僅可以改用更小型的元器件，而且，如果所使用的MLCC電容量是原來的14或是小于10gF，則其成本同使用鋁電解電容時相當。 避免裂紋以進軍車載市場 有時，MLCC會因為陶瓷出現(xiàn)裂紋而導致電容短路。在車載設備中，為了確保安全性，往往要求出現(xiàn)故障時應處于電源斷開的狀態(tài)，而不能是電源接通的狀態(tài)。 日本TDK公司推出的MegaCap產(chǎn)品在2個引腳上安裝了L型金屬框架，將電容器浮置于PCB板上以緩和應力。該公

19、司將5750尺寸(57mmX 50mmX 50mm)的電容安裝在長度為100mm的PCB板上進行了試驗。試驗結(jié)果表明，以前的產(chǎn)品在PCB板的翹曲高度達到2mm-3mm時就出現(xiàn)裂紋，但Mega Cap直到10mm時都沒有出現(xiàn)裂紋。 村田制作所推出樹脂電極產(chǎn)品，在銅電極或銀電極和鎳鋅鍍層之間增加了導電性樹脂層，預定在2007年開始大批量生產(chǎn)。在這種結(jié)構(gòu)中，如果遇到弱應力，導電性樹脂可以起到緩沖作用；如果是難以緩沖的強應力，裂紋將出現(xiàn)在樹脂電極的周圍導致焊錫脫落。 也可以用于高頻 鉭電容等電容量為幾ixF-10ltV的產(chǎn)品正在努力降低阻抗，以重新和MLCC競爭。導電性高分子電容可以說是鉭電容或者鋁電

20、解電容的改進產(chǎn)品，為了降低阻抗中的等效串聯(lián)電阻(ESR)分量，在陰極中采用了電導率(導電性)很高的導電性高分子。有些產(chǎn)品的ESR已經(jīng)突破了lOmf2，并且靜電容ESR比也大體上和MLCC相同。但是，在電容量相同的情況下，MLCC的體積比導電性高分子電容小。并且，當電容量小于10gF時，MLCC的價格也較低。 MLCC的阻抗在高頻領域特別小，能夠有效去除1MHz以上的噪聲。為了應對這種情況，試圖發(fā)揮大電容量的優(yōu)勢、取代大量MLCC的導電性高分子電容已經(jīng)問世。 NECTokin公司推出的產(chǎn)品Proadlizer是采用3引腳結(jié)構(gòu)的疊層型導電性高分子鋁電解電容。這種電容在高頻領域中的阻抗取決于等效串聯(lián)

21、電感(ESL)。在3引腳結(jié)構(gòu)的電容內(nèi)，信號電流在電極中流動。由于電容和電源線之間的距離縮短，引線電感得以降低。Proadlizer的ESL為lpH，比一般的MLCC小3個數(shù)量級。Proadlizer這個名稱由Pr。mpt(迅速的)、Broadband(寬帶)、Stabilizer(穩(wěn)定器)3個詞組合而成。 如果是靜電容量高達1000gF的導電性高分子電容，只用一個就完全可以替代PC機主板上安裝在微處理器周圍的全部電容。在NECTokin公司試制的筆記本電腦樣機中，就只用1個電容量1000gF的Proadlizer替換了總共39個電容(4個220gF的導電性高分子電容和35個10vF的MLCC)

22、。在替代30個-40個電容時，總體成本相當。據(jù)估計，如果實現(xiàn)大批量生產(chǎn)，在1、2年后價格將會比現(xiàn)在便宜20左右。現(xiàn)在，日本Nichicon公司也在開發(fā)同樣的產(chǎn)品。 簡化不需要的引線框架 除了3引腳結(jié)構(gòu)以外，還有其它方法也可以減少ESL(見圖3)。三洋電機公司推出的導電性高分子鉭電容POSCAP的低ESL產(chǎn)品“TPL系列”簡化了引線框架并縮短了電極之間的距離，從而將ESL控制在600pH-800pH。如果在PC機的微處理器電源電路中同時使用TPL和MLCC，就可以將安裝微處理器的插座內(nèi)的MLCC減少到以前的23。另外，日本松下電子元器件公司推出的疊層型導電性高分子鋁電解電容SP-Cap的“L系列

23、則將ESL控制在了600pH。 封裝后，MLCC的ESL本來就比其他電容器小，現(xiàn)在還可以采取措施進一步降低ESL(見圖4c)。日本TDK公司產(chǎn)品的ESL值因引腳數(shù)量而不同，在已上市的低ESL產(chǎn)品中，有的產(chǎn)品的電感量僅為32pH。這一數(shù)值還不到普通MLCC產(chǎn)品的110，但大于Proadlizer，小于一般的導電性高分子電容。 突破MLCC的弱點 MLCC面臨的問題是，在電容上施加直流偏置電壓時靜電容量會發(fā)生變化(見圖4)。 在使用lgF以下的MLCC去除1MHz以上的高頻噪聲時，因為靜電容量小，所以其下降得很少。盡管DC偏置電壓特性惡化，在電路上也不會出現(xiàn)問題。但是，在使用lOgF以上的大電容量

24、產(chǎn)品時，施加直流電壓時靜電容量將下降10-70以上。 例如，在便攜式設備液晶顯示屏的背光燈電源電路中，使用MLCC作為去耦電容時，同額定電壓相比其余量很少，不能充分確保標稱電容量。所以必須采用電容量更大的電容，否則，電容量不足，就難以獲得足夠的顯示亮度。 液晶顯示屏還有一個問題需要解決：安裝液晶驅(qū)動器的PCB板會發(fā)出響聲。這是陶瓷的壓電效應所造成的，而小型液晶顯示屏很容易形成共振，柔性PCB板或者液晶顯示屏本身形成共振就發(fā)出響聲。這種情況在其它的設備里也可能發(fā)生。 Nichicon公司推出單位體積靜電容量很大的鉭電容，用于取代MLCC。這種電容為了增加靜電容量，不僅簡化了內(nèi)部布線，也簡化了模塑

25、樹脂等。該公司的鉭電容“MUSEF95”被便攜式音樂播放器的耳機作為耦合電容采用。據(jù)介紹說，當初該耦合電容采用的是MLCC，但由于出現(xiàn)低音音域失真的問題而被替換。 在消費類電子產(chǎn)品系統(tǒng)中，體積越來越小，器件擺放越來越密，模擬、數(shù)字部分已很難通過布局有效分開，系統(tǒng)設計工程師往往在電源網(wǎng)絡中使用很多電容，衰減高頻數(shù)字噪聲，期望能“凈化”電源，減少對模擬電路的干擾。 在電壓調(diào)整器中，在輸入、輸出端通常都各有一只電容，跨接在輸入、輸出管腳和地(GND)之間。輸入電容的主要作用是濾除交流噪聲，抑制輸入端的電壓變化。而輸出電容的作用，除了構(gòu)成反饋環(huán)路的一部分之外(增加一個額外的零點，當然不可避免的也要帶來

26、一個極點，提高環(huán)路的相位裕量)，還可以抑制由于負載電流或者輸入電壓瞬變引起的輸出電壓變化。從某種角度來說，濾除交流噪聲與抑制電壓突變在本質(zhì)上是一回事，那就是去除交流信號。 電容的特性 不同介質(zhì)種類的電容，其自身特性相差甚遠。在描述電容的特性之前，我們需要了解以下幾個參數(shù)： 電阻符號R，是指通過導體的直流電壓與電流之比，單位為歐姆。 電抗符號X，是交流電路中由電感和電容引起的阻抗部分，包括感抗(XL)和容抗(XC)，單位為歐姆。 阻抗符號Z，是一個復合參數(shù)，實部為電阻，虛部為電抗，單位為歐姆，所以阻抗也可以表示為：Z=R jX。 電導符號G，是指通過導體的直流電流與電壓之比，電阻的倒數(shù)，單位為西

27、門子。 電納符號B，是導納的虛數(shù)部分，包括容納(BC)和感納(BL)，單位為西門子。 導納符號Y，是阻抗Z的倒數(shù)，也是一個復合參數(shù)，實部為電導，虛部為電納，單位為西門子，也可以表示為：Y=G jB 導納Y通常表示的是器件并聯(lián)的情況，而阻抗Z表示的則是器件串聯(lián)的情況，見圖1。 其中， 圖1：阻抗與導納的表示方法。 所以對于串聯(lián)的器件組合，如果0，則說明器件兩端有感性，越接近90，感性越強，當=90時，為純感性器件。同樣800k，失去容性，呈現(xiàn)弱感性。表3則是Taiyoyuden貼片多層陶瓷電容16V/1uF、16V/0.1uF的測試數(shù)據(jù)。所以以上兩顆電容在1MHz頻率以內(nèi)，都保持較高得Q值，呈現(xiàn)

28、出良好得容性特征。 表3：多層陶瓷電容測試數(shù)據(jù)測試條件：Vbias=0V，Vac=1.0V。電容的并聯(lián)效果 既然實際的電容特性與理想電容有一定的差距，那么接在輸入、輸出端的濾波電容到底產(chǎn)生了什么樣的作用呢？有的應用手冊上給出，使用兩顆電容并聯(lián)到GND，一顆容值較大的電解電容，另一顆是容值較小的陶瓷電容，比如C1=10uF，C2=0.1uF，為了研究并聯(lián)的交流特性，加入一只電阻R0，等效成如下電路，交流特性的影響是由兩只電容引起的，如圖4所示。 圖3：多層陶瓷電容的等效電路。 圖4：兩只電容并聯(lián)的交流等效電路。 其中R0為信號源內(nèi)阻，R1為電容C1的等效串聯(lián)電阻，R2為電容C2的等效串聯(lián)電阻。傳

29、輸函數(shù)可以表示成下式， 從上式不難看出，系統(tǒng)包括兩個極點，兩個零點。 摘要：分析了開關(guān)電容濾波器的“共振”現(xiàn)象及其產(chǎn)生機理。針對該現(xiàn)象提出了解決辦法，并結(jié)合信號處理儀器系統(tǒng)給出了采用MAX293制作抗混濾波器的方案。 關(guān)鍵詞：開關(guān)電容濾波器 “共振”現(xiàn)象 抗混 編程在信號處理儀器的硬件系統(tǒng)中抗混濾波器是一重要的部件。根據(jù)信號分的的要 求，抗混濾波器的截止頻率范圍控制在10Hz20kHz。為了提高信號的頻率分辨率，要求抗混濾波器的帶寬是可變的。比如要分析100Hz以內(nèi)的信號特征，該低通濾波器的帶寬最好選為100Hz。設計時，按1、2、4、5倍乘的原則，將20kHz頻率范圍分成14檔不同帶寬來處理

30、。若采用一般的模擬低通濾波器必須電路繁復、換檔不便、體積太大、不甚實用。用集成開關(guān)電容濾波器發(fā)展很快，生產(chǎn)公司不少，器件目前已系列化。它改變截止頻率非常方便，只要程近不同的采樣頻率即可。因此，選擇8階開關(guān)電容橢圓低通濾波器MAX293作抗混濾波器用。理論上8階低通濾波器適合于制作抗混濾波器，其截止頻率后的衰減為160dB/10倍頻，由文獻（1）可知，如截止頻率為1kHz，則到1.5kHz處，信號衰減了80dB1，接近理想的低通濾波器，這是由橢圓濾波的特點所決定的。實測的濾特圖（幅頻特性）也有相似結(jié)果。但在試制過程中，發(fā)現(xiàn)該濾波器有“共振”現(xiàn)象，以下就此現(xiàn)象試作分析。1 開關(guān)電容濾波器的“共振”

31、現(xiàn)象在用NW1232低頻頻率特性測試MAX293的幅頻特性時，發(fā)現(xiàn)屏幕上除了預期的幅頻特性之外，在采樣頻率及其整數(shù)倍的頻率處具有窄帶通形狀的峰值，其高度達到甚至超過了前面幅頻特性平坦部分的最大值。也就是說，當輸入信號頻率等于采樣頻率或為采樣頻率的整數(shù)倍時，出現(xiàn)了這一現(xiàn)象。此現(xiàn)象從未見文獻報導過，暫時稱之為“共振”現(xiàn)象，如在使用中對其不加處理，則將嚴重干擾有用信號。為了弄清原因，重復作了試驗。采取自動掃描、手動掃描、變采樣頻率后掃描等方法，該現(xiàn)象始終如期而至。為了濾去該“高頻干擾”，在MAX293電路之后，接上模擬低通濾波器。然而不管接二除低通還是四階低通模擬濾波器，其輸出仍然存在該“干擾”，而且幅值無任何減小。2 “共振”現(xiàn)象的解釋用模擬低通濾波器做實驗，當然不存在此現(xiàn)象。因此，原因必然在于具有采樣環(huán)節(jié)的開關(guān)電容上。在開關(guān)電容濾波器中，當開關(guān)頻率（即采樣頻率、時鐘頻率）大大于信號頻率時（文獻（2）指出，一般要大于20倍），開關(guān)電容等效于模擬阻容濾波器中的電阻，可推導出，其等效電阻R=1/（Cfc），其中C為電容，fc為開關(guān)濾波3。通過分析得到，當信號頻率和采頻率同頻時，就會出現(xiàn)如圖1所示的現(xiàn)象。圖中輸入信號vi為正弦波（方波也一樣），1、2為同頻采樣信號。在相位適當?shù)臅r候（如圖1所示），開關(guān)電容濾波器的電容上將出現(xiàn)輸入信號的峰值。相位的不同，采樣到的值也不同