擺脫不了的旁路電容諧振

理想電容只存在于教科書中，現(xiàn)實(shí)世界的每個電容器都會因其實(shí)體結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生額外的復(fù)雜性。由介電層(dielectriclayer)隔開的兩個極板(plate)與導(dǎo)線或金屬箔(metalfoil)串聯(lián)，即可實(shí)現(xiàn)實(shí)際的連接；這兩種金屬導(dǎo)體會導(dǎo)入等效串聯(lián)電感(ESL)以及等效串聯(lián)電阻(ESR)。

總而言之，實(shí)體電容就是一種串聯(lián)諧振電路(series tank circuit)，具有串聯(lián)諧振頻率以及受串聯(lián)電阻影響的串聯(lián)諧振因子「Q」。

電容器并不僅限于其字面意思，在低于其串聯(lián)諧振的頻率下，電容會對電激勵(electrical excitation)表現(xiàn)出電容性阻抗；而在高于其串聯(lián)諧振的頻率下，它對電激勵表現(xiàn)出電感性阻抗。

關(guān)于寬帶軌(broadband rail)電壓旁路，一個傳統(tǒng)的觀點(diǎn)認(rèn)為應(yīng)該使用不同容量的電容并聯(lián)組合。常見的并聯(lián)組合陣容包括：一個大容量的鋁或鉭電解電容C1；一個大容量的陶瓷電容C2；一個小容量的陶瓷電容C3；電路板的布線電容(artwork capacitance)，稱之為C4；以及天知道從哪里來的電容，如線束電容(harness capacitance)和/或半導(dǎo)體組件電容，統(tǒng)稱為C5。

請記住，這五種電容每一個都不是單獨(dú)的電容器，而是一個串聯(lián)組合，包括電容器、電感器和電阻器?？傊?，它們由串聯(lián)的RLC電路構(gòu)成，將在串聯(lián)諧振頻率(SRF)處表現(xiàn)出串聯(lián)諧振，其中SRF=1/(2 × π ×√ (L × C))。對于如上所述并聯(lián)連接的五個電容的組合，將會有五個串聯(lián)諧振頻率，并且還會有四個并聯(lián)諧振頻率，如圖1所示。

圖1：5個并聯(lián)電容的9個諧振頻率。

四個較小的電容C2~C5在4個頻率處進(jìn)入并聯(lián)諧振狀態(tài)，這四個頻率略低于它們各自的串聯(lián)諧振頻率。然而，C1并沒有任何并聯(lián)諧振，因為該電容沒有任何感應(yīng)可以產(chǎn)生并聯(lián)諧振效應(yīng)。

使用SPICE軟件和一些說明數(shù)字，我們可以深入研究這個問題，如圖2所示。

圖2：SPICE中5個電容的并聯(lián)旁路。

對于這5個電容，將有5個串聯(lián)自諧振頻率，即SRF1、SRF2、SRF3、SRF4和SRF5，其中每一個電容都在其自身的SRF處阻抗最小。但是，不可避免地，在頻率PRF2、PRF3、PRF4和PRF5處會產(chǎn)生4個總阻抗的并聯(lián)諧振峰值。

PRF2源于C2~C5組合的容抗(capacitive impedance)與C1感抗(inductive impedance)之間的并聯(lián)關(guān)系。類似地，PRF3來自C3~C5的組合容抗與C1~C2的組合感抗之間的并聯(lián)關(guān)系，而PRF4來自C4~C5對C1~C3的并聯(lián)關(guān)系，最后，PRF5來自C5對C1~C4的并聯(lián)關(guān)系。

5個阻抗零點(diǎn)和4個阻抗峰值都受到電阻值的影響，圖3提供了一個范例。請注意，并聯(lián)諧振頻率本身不能完全消除，將永遠(yuǎn)存在，你必須考慮到這一點(diǎn)。

圖3：ESR的阻抗曲線變化。

備注：這個議題首先是在一個項目中引起我的注意，其中一個閘控數(shù)組的頻率頻率為16MHz，結(jié)果一些并聯(lián)軌旁路電容的并聯(lián)諧振頻率也是16MHz。很難說這會發(fā)生什么結(jié)果，請讀者朋友們自己想象吧！