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电容系数会影响到哪些地方

作者:Bonnie Baker — WEBENCH 设计中心

为任何电路选择电容器时都需要注意失真问题。如果电容器在信号路径中,就会出现这类失真。图 1 是 2 个在信号路径中包含电容器的典型电路。

 

图 1.六阶带通滤波器的第一级 (a) 以及使用 R/C 对驱动 ADC 的放大器 (b)。

图 1a 是 Sallen-Key 带通滤波器的第一级。在该电路中,两个重要电容器出现在通过滤波器的信号路径中。图 1b 是一个使用 R/C 对驱动 SAR-ADC 的放大器。电容器 CF 在输入信号到达 ADC 之前完全接触到了该输入信号。

该失真出现的原因是标准电容器的电压与特性相关。换句话说,电容随所应用的电压及频率而变化。

下面是描述在一段电压曲线上电容变化的等式:

C = C0 ( 1 + bVCAP),

其中
C0 是标称电容
VCAP 是整个电容的电压
b 是电容器的电压系数

图 2 是整个电容器相关该效应的典型曲线。

 

图 2.电容器电压系数

电容器输入或输出电荷通过相邻阻抗,可产生一个压降错误。由于电容器的充电电流与电压相关,因此会产生一个非线性错误。对于正弦波来说,该错误包含谐波。

电容器电压系数特性可能在半导体工艺技术中更为明显。由于 ADC 输入端(图 1b)有一个内部输入 R/C,因此这种失真现象也会发生在转换器的输入端。

此外,整个电容器的输入信号频率也会影响转换精确度。电容值会引起失真,失真会随频率改变。(图 3)。

 

图 3.电容器 THD+N 与频率的比较

该图是几项电容器技术特性及其总谐波失真 + 噪声 (SINAD) 与频率性能的比较。图中最底下的曲线是使用 C08 电容器获得的。C0G 电容器数据上面的曲线是系统测量值。图中的其它曲线来自具有不同电介质(Z5U、Y5V 和 X7R)的陶瓷电容器。请注意,这些类型的电容器会随频率变化产生明显的非线性及信号失真。

图中没有显示 NPO 类陶瓷电容器。NPO 类电容器与 C0G 性能非常匹配。关键是要为 C1 和 C2 (图 1a)以及 CF (图 1b) 选择正确的电容器类型。你会发现较高质量的外部电容器 (CF) 不会降低 ADC 的 AC 性能标准。较小内部 ADC 电容器 (CSH) 的较大电压系数比不上较大外部电容器的较低电压系数。

信号失真的形式有很多种,但如果您遇到此类问题,电路信号路径中的电容器可能是最后才考虑的问题。关于失真问题,您是否也有一些“英勇事迹”啊?请与我们分享!如欲了解更多详情,敬请查看以下参考信息:

 

原文请参见:

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