電容器被廣泛視為解決噪聲相關(guān)問題的靈丹妙藥，值得更多尊重,。設(shè)計(jì)人員通常認(rèn)為增加幾個電容器可以解決大多數(shù)噪聲問題，但很少考慮電容和額定電壓以外的參數(shù),。然而,，像所有電子元件一樣，電容器并不完美,。相反,，它們具有寄生有效串聯(lián)電阻 （ESR） 和電感 （ESL）,；它們的電容隨溫度和電壓而變化；它們對機(jī)械效應(yīng)很敏感,。

　　設(shè)計(jì)人員在選擇旁路電容時,，以及在濾波器、積分器,、定時電路和其他實(shí)際電容值很重要的應(yīng)用中使用時,，必須考慮這些因素。選擇不當(dāng)會導(dǎo)致電路不穩(wěn)定,、噪聲和功耗過大,、產(chǎn)品壽命縮短以及電路行為不可預(yù)測。

　　電容器技術(shù)

　　電容器具有多種外形尺寸,、額定電壓和其他特性,，可滿足各種應(yīng)用的要求。常用的介電材料包括油,、紙,、玻璃、空氣,、云母,、聚合物薄膜和金屬氧化物。每種電介質(zhì)都有特定的特性,，會影響其對特定應(yīng)用的適用性,。

　　在穩(wěn)壓器中，通常使用三大類電容器作為電壓輸入和輸出旁路電容器：多層陶瓷電容器,、固體鉭電解電容器和鋁電解電容器,。附錄提供了比較。

　　多層陶瓷

　　多層陶瓷電容器 （MLCC） 兼具小尺寸,、低 ESR,、低 ESL 和寬工作溫度范圍,，使其成為旁路電容器的首選,。然而，它們并非沒有缺點(diǎn),。根據(jù)介電材料的不同,，電容會隨溫度、直流偏置和交流信號電平而發(fā)生顯著變化,。此外,，介電材料的壓電性質(zhì)可以將振動或機(jī)械沖擊轉(zhuǎn)化為交流噪聲電壓。在大多數(shù)情況下,，這種噪聲往往在微伏量級,，但在極端情況下,，機(jī)械力會產(chǎn)生毫伏范圍內(nèi)的噪聲。

　　壓控振蕩器 （VCO）,、鎖相環(huán) （PLL）,、RF 功率放大器 （PA） 和其他模擬電路對其電源軌上的噪聲很敏感。這種噪聲表現(xiàn)為VCO和PLL中的相位噪聲,、RF PA中的幅度調(diào)制以及超聲,、CT掃描和其他處理低電平模擬信號的應(yīng)用中的顯示偽影。盡管存在這些缺陷,，但幾乎所有電子設(shè)備都使用陶瓷電容器,，因?yàn)樗鼈冋嫉孛娣e小，成本低,。然而,，對于噪聲敏感型應(yīng)用中使用的穩(wěn)壓器，設(shè)計(jì)人員必須仔細(xì)評估其副作用,。

　　固體鉭電解

　　與陶瓷電容器相比,，固體鉭電容器對溫度、偏置和振動的影響不太敏感,。最近的一種變體使用導(dǎo)電聚合物電解質(zhì)代替通常的二氧化錳電解質(zhì),，提供改進(jìn)的浪涌電流能力，并且無需限流電阻器,。較低的 ESR 是該技術(shù)的另一個好處,。固態(tài)鉭電容器在溫度和偏置電壓下具有穩(wěn)定的電容，因此選擇標(biāo)準(zhǔn)只需考慮容差,、工作溫度下的電壓降額和最大 ESR,。

　　具有低ESR的導(dǎo)電聚合物鉭電容器成本更高，并且比陶瓷電容器大一些,，但對于由于壓電效應(yīng)而無法承受噪聲的應(yīng)用來說,，這可能是唯一的選擇。然而,，鉭電容器的漏電流遠(yuǎn)大于等值陶瓷電容器,，因此不適合某些低電流應(yīng)用。

　　固體聚合物電解質(zhì)技術(shù)的一個缺點(diǎn)是這種類型的鉭電容器對無鉛（Pb）焊接過程中遇到的高溫更敏感,，制造商通常規(guī)定電容器的焊接周期不超過三個,。在裝配過程中忽略此要求可能會導(dǎo)致長期的可靠性問題。

　　鋁電解

　　傳統(tǒng)的鋁電解電容器往往很大,，具有高ESR和ESL,，相對較高的泄漏電流和有限的使用壽命 - 以數(shù)千小時為單位。OS-CON電容器采用有機(jī)半導(dǎo)體電解質(zhì)和鋁箔陰極來實(shí)現(xiàn)低ESR,。雖然與固體聚合物鉭電容器有關(guān),，但它們實(shí)際上比鉭電容器早了 10 年或更長時間,。由于沒有液體電解質(zhì)變干，OS-CON型電容器的使用壽命優(yōu)于傳統(tǒng)的鋁電解電容器,。大多數(shù)電容器限制在 105°C,，但現(xiàn)在提供能夠 125°C 工作的 OS-CON 型電容器。

　　雖然OS-CON型電容器的性能優(yōu)于傳統(tǒng)的鋁電解電容器,，但它們往往比陶瓷或固體聚合物鉭電容器更大,，ESR更高。與固體聚合物鉭電容器一樣,，它們不會受到壓電效應(yīng)的影響,，因此適用于低噪聲應(yīng)用。

　　為LDO電路選擇電容器

　　輸出電容

　　ADI公司的低壓差穩(wěn)壓器（LDO）可以使用小型,、節(jié)省空間的陶瓷電容工作,，只要它們具有低有效串聯(lián)電阻（ESR）；輸出電容的ESR會影響LDO控制環(huán)路的穩(wěn)定性,。為確保穩(wěn)定性,，建議最小電容為1 μF，最大ESR為1 Ω,。

　　輸出電容也會影響穩(wěn)壓器對負(fù)載電流變化的響應(yīng),。控制環(huán)路具有有限的大信號帶寬,，因此輸出電容必須為非?？焖俚乃沧兲峁┐蟛糠重?fù)載電流。當(dāng)負(fù)載電流在500 mA/μs時從1 mA切換到200 mA時,，無法提供足夠電流的1 μF電容會產(chǎn)生約80 mV的負(fù)載瞬變,，如圖1所示。將電容增加到10 μF可將負(fù)載瞬變降至約70 mV,，如圖2所示,。將輸出電容進(jìn)一步增加到20 μF，允許穩(wěn)壓器控制環(huán)路跟蹤,，從而主動降低負(fù)載瞬變,，如圖3所示。這些示例使用具有5 V輸入和3.3 V輸出的線性穩(wěn)壓器ADP151,。

　　圖1.COUT = 1 μF時的瞬態(tài)響應(yīng),。

　　圖2.COUT = 10 μF時的瞬態(tài)響應(yīng),。

　　圖3.COUT = 20 μF時的瞬態(tài)響應(yīng),。

　　輸入旁路電容器

　　從V連接1 μF電容在接地會降低電路對印刷電路板 （PCB） 布局的敏感性，尤其是在遇到長輸入走線或高源阻抗時,。當(dāng)輸出端需要超過1 μF時,，增加輸入電容以匹配輸出電容,。

　　輸入和輸出電容器屬性

　　輸入和輸出電容必須滿足預(yù)期工作溫度和工作電壓下的最低電容要求。陶瓷電容器具有多種電介質(zhì),，每種電介質(zhì)相對于溫度和電壓具有不同的行為,。對于 5V 應(yīng)用，建議使用 6.3V 至 10V 額定電壓的 X5R 或 X7R 電介質(zhì),。Y5V 和 Z5U 電介質(zhì)的特性相對于溫度和直流偏置較差,，因此不適合與 LDO 一起使用。

　　圖4顯示了采用0402封裝的1μF,、10V X5R電容器的電容與偏置電壓特性的關(guān)系,。電容器的封裝尺寸和額定電壓對其電壓穩(wěn)定性有很大影響。通常,，更大的封裝或更高的額定電壓將提供更好的電壓穩(wěn)定性,。X5R 電介質(zhì)在 –40°C 至 +85°C 溫度范圍內(nèi)的溫度變化為 ±15%，與封裝或額定電壓無關(guān),。

　　圖4.電容與電壓特性的關(guān)系

　　為了確定溫度,、元件容差和電壓范圍內(nèi)的最差情況電容，請根據(jù)溫度變化和容差來調(diào)整標(biāo)稱電容,，如公式1所示：

　　CEFF = CBIAS × （1 – TVAR） × （1 –TOL）

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　　其中CBIAS是工作電壓下的標(biāo)稱電容；TVAR是溫度變化的最差情況電容（作為1的分?jǐn)?shù)）,；TOL 是最差情況下的組件容差（作為 1 的分?jǐn)?shù)）,。

　　在本例中，對于 X5R 電介質(zhì),，TVAR 在 –40°C 至 +85°C 范圍內(nèi)為 15%;托爾為10%;CBIAS在1.8 V時為0.94 μF,，如圖4所示。在公式1中使用這些值得到：

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

　　ADP151在工作電壓和溫度范圍內(nèi)的最小輸出旁路電容為0.70 μF,，因此該電容滿足這一要求,。

　　結(jié)論

　　為了保證LDO的性能，必須了解和評估直流偏置,、溫度變化和旁路電容容差的影響,。在需要低噪聲、低漂移或高信號完整性的應(yīng)用中,，還必須考慮電容技術(shù),。所有電容器都會受到非理想行為的影響，因此選擇的電容器技術(shù)必須符合應(yīng)用的需求,。

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