電路設(shè)計基本元件該如何選擇？

電感、電阻以及電容這三種基本元件，是任何硬件電路都離不開的，可以說這些元件不僅關(guān)系到硬件電路整體的穩(wěn)定性，還決定了電子設(shè)備質(zhì)量的優(yōu)劣。因此在一個硬件電路中，對于電阻、電容以及電感這些基本元件的選擇有許多值得說道的地方。

就像電容這類元件，除了它的電容量和工作電壓外，還有很多其他的特性需要考量。和電容標(biāo)稱容量并聯(lián)的就有漏電阻、介電吸收這些考量點，串聯(lián)的則有電感、有效串聯(lián)電阻這些影響因素。任何元件的選擇決定因素從來都不是單一的。

選擇電容該考慮哪些方面？

用在高頻短路的電容，眾所周知它需要很小的電感。如果IC的電源陰線沒有做高頻短路，那么因為走線而產(chǎn)生的寄生效應(yīng)會產(chǎn)生諧振和振蕩。即便是低頻IC，也含有數(shù)百或數(shù)千赫茲的晶體管。因此在這類應(yīng)用下，這些去耦電容的精度和穩(wěn)定性相對就不是那么重要，如何選擇足夠小電感才是最關(guān)鍵的。所以說對于如何選擇電容，除了最簡單的電容量之外，還有許多復(fù)雜的考量，畢竟電容值不僅與溫度和電壓有關(guān)，對機(jī)械效應(yīng)也非常敏感。

首先介質(zhì)的不同就已經(jīng)確定了電容的特有屬性，像作為電壓輸入和輸出旁路電容的三大類電容——多層陶瓷電容、固態(tài)鉭電解電容、鋁電解電容，就各有其特定的應(yīng)用。如果考慮低寄生等效串聯(lián)電阻和低電感，多層陶瓷電容就能很好地解決，而且其尺寸也是較小的。但其對噪聲的抑制并沒有那么好的效果。其電介質(zhì)材料的壓電特性會將振動或機(jī)械沖擊轉(zhuǎn)換為交流噪聲電壓，噪聲級別在極端情況下會達(dá)到毫伏級。在噪聲敏感類應(yīng)用中，多層陶瓷電容雖然尺寸小成本低，但是噪聲副作用就得好好評估了。

固態(tài)鉭電解電容的寄生等效串聯(lián)電阻會更低，對溫度、偏執(zhí)、震動的敏感度也較低。但是問題在于其漏電流要遠(yuǎn)高于其他介質(zhì)的電容，極不適用于低電流的應(yīng)用。雖然在尺寸和成本上會越高一些，但是對壓電效應(yīng)噪聲高度敏感的應(yīng)用，如果還要兼顧低寄生等效串聯(lián)電阻，那沒有比這個更好的選擇了。值得一提的是，采用導(dǎo)電聚合物電解質(zhì)的此類電容，其浪涌電流能力能提高很多，不需要電流限制電阻。

這里我們探討鋁電解電容，指的是采用有機(jī)半導(dǎo)體電解質(zhì)和鋁箔陰極的這類鋁電解電容。畢竟傳統(tǒng)的鋁電解電容已經(jīng)沒有什么優(yōu)勢。采用有機(jī)半導(dǎo)體電解質(zhì)和鋁箔陰極的這類鋁電解電容同樣不受壓電效應(yīng)噪聲影響，對于低噪聲的應(yīng)用是不錯的選擇。不過其更大的尺寸和更高寄生等效串聯(lián)電阻需要設(shè)計人員再評估了。

對于需要較大電容的應(yīng)用，將多個電容并聯(lián)起來是不錯的選擇，這樣電容增加的同時有效串聯(lián)電阻和有效串聯(lián)電感也會更低。

電阻選擇最大的考量

精密電流源的精度，很大程度上取決于放大器和電阻，合適的選取外部電阻可以很大程度上減少誤差。實際應(yīng)用中的電阻不可能是理想狀態(tài)的，必然要為每個電阻指定容差。極低容差的電阻成本昂貴，必須要在精度和成本上好好權(quán)衡。換一種思路，也可以選擇集成差動放大器來實現(xiàn)更好的電阻匹配。

新式的FPGA以及處理器的內(nèi)核電壓更低，對容差的要求更嚴(yán)格，1V內(nèi)核的FPGA，5%容差也只有50mV。另一個關(guān)鍵的影響因素是電阻溫度系數(shù)，以0.8V電壓源，額定溫度系數(shù)分別為＋100ppm/℃、－100/℃的一組電阻為例，溫度升高100℃會帶來額外0.4%的誤差。溫度系數(shù)更低的電阻也不少，但是成本仍然是擺在面前最大的考量。

電感選型同樣不可忽視

電感設(shè)計中一個行之有效的方案是讓開關(guān)頻率始終比電感的自諧振頻率低10倍，這也不難做到。需要考慮的是電感的功率損耗會引起電感溫度升高和效率降低。功率的損耗一是來自繞組電阻的損耗，一是來自鐵芯內(nèi)磁滯和渦電流的綜合效應(yīng)。獲取繞組電阻損耗相對容易一些，鐵芯的損耗計算則十分困難，基本只能從電感制造商處獲取損耗信息。

如何選擇合適的電感值是一個繁瑣的計算，但是簡單來說，如果需要更低的DCR、更高的飽和電流、更快的開關(guān)頻率以及更好的瞬態(tài)響應(yīng)，低值電感更合適；如何需要更低的紋波電流、更低的鐵芯損耗，那么高值電感更具有似乎。另外，電感的飽和電流一般范圍在10%到30%之間，在電感選擇上一定要注意飽和電流隨溫度變化的情況。

另外有關(guān)目前屏蔽電感與無屏蔽電感的選擇，如果應(yīng)用對于EMI問題較為敏感（尤其是開關(guān)頻率較高的應(yīng)用），那么選擇成本昂貴的屏蔽電感也是值得的。

小結(jié)

這些電路基本元件對于器件總體性能的影響巨大，不管是效率、尺寸、輸出功率還是整體成本都很依賴于所選的外部元件。在選取這些基本元件時，必須要仔細(xì)分析性能要求，做出性能和成本的權(quán)衡。