中心議題：

• 多層陶瓷電容、固態鉭電解電容和鋁電解電容的比較
• 低壓差調節器選擇旁路電容的考慮因素

suiranrenmenpubianrenweidianrongshijiejuezaoshengxiangguanwentidelingdanmiaoyao，danshidianrongdejiazhibingbujinxianyuci。shejirenyuanchangchangzhixiangdaotianjiajigedianrongjiukeyijiejuedaduoshuzaoshengwenti，danquehenshaoqukaolvdianronghedianyaedingzhizhiwaidecanshu。raner，yusuoyoudianziqijianyiyang，dianrongbingbushishiquanshimeide，xiangfan，dianronghuidailaijishengdengxiaochuanliandianzu(ESR)和電感(ESL)的問題，其電容值會隨溫度和電壓而變化
，而且電容對機械效應也非常敏感。

設計人員在選擇旁路電容時
，以及電容用於濾波器
、積分器、時序電路和實際電容值非常重要的其它應用時，都必須考慮這些因素。若選擇不當，則可能導致電路不穩定、噪聲和功耗過大、產品生命周期縮短

，以及產生不可預測的電路行為。

1 電容技術

電容具有各種尺寸、額定電壓和其它特性
，能夠滿足不同應用的具體要求。常用電介質材料包括油、紙、玻璃、空氣、雲母、聚合物薄膜和金屬氧化物。每種電介質均具有特定屬性，決定其是否適合特定的應用。

在電壓調節器中，以下三大類電容通常用作電壓輸入和輸出旁路電容：多層陶瓷電容、固態鉭電解電容和鋁電解電容下表對這三類電容進行了比較。

1.1 多層陶瓷電容

多層陶瓷電容(MLCC)不僅尺寸小
，而且將低ESR、低ESL和he寬kuan工gong作zuo溫wen度du範fan圍wei特te性xing融rong於yu一yi體ti
，可ke以yi說shuo是shi旁pang路lu電dian容rong的de首shou選xuan。不bu過guo，這zhe類lei電dian容rong也ye並bing非fei完wan美mei無wu缺que。根gen據ju電dian介jie質zhi材cai料liao不bu同tong，電dian容rong值zhi會hui隨sui著zhe溫wen度du
、直(zhi)流(liu)偏(pian)置(zhi)和(he)交(jiao)流(liu)信(xin)號(hao)電(dian)壓(ya)動(dong)態(tai)變(bian)化(hua)。另(ling)外(wai)，電(dian)介(jie)質(zhi)材(cai)料(liao)的(de)壓(ya)電(dian)特(te)性(xing)可(ke)將(jiang)振(zhen)動(dong)或(huo)機(ji)械(xie)衝(chong)擊(ji)轉(zhuan)換(huan)為(wei)交(jiao)流(liu)噪(zao)聲(sheng)電(dian)壓(ya)。大(da)多(duo)數(shu)情(qing)況(kuang)下(xia)，此(ci)類(lei)噪(zao)聲(sheng)往(wang)往(wang)以(yi)微(wei)伏(fu)計(ji)
，但(dan)在(zai)極(ji)端(duan)情(qing)況(kuang)下(xia)，機(ji)械(xie)力(li)可(ke)以(yi)產(chan)生(sheng)毫(hao)伏(fu)級(ji)噪(zao)聲(sheng)。

電壓控製振蕩器(VCO)


、鎖相環(PLL)、RF功率放大器(PA)和其它模擬電路都對供電軌上的噪聲非常敏感。在VCO和PLL中，此類噪聲表現為相位噪聲；在RF PA中，表現為幅度調製；而在超聲、CT掃(sao)描(miao)以(yi)及(ji)處(chu)理(li)低(di)電(dian)平(ping)模(mo)擬(ni)信(xin)號(hao)的(de)其(qi)它(ta)應(ying)用(yong)中(zhong)，則(ze)表(biao)現(xian)為(wei)顯(xian)示(shi)偽(wei)像(xiang)。盡(jin)管(guan)陶(tao)瓷(ci)電(dian)容(rong)存(cun)在(zai)上(shang)述(shu)缺(que)陷(xian)
，但(dan)由(you)於(yu)尺(chi)寸(cun)小(xiao)且(qie)成(cheng)本(ben)低(di)，因(yin)此(ci)幾(ji)乎(hu)在(zai)每(mei)種(zhong)電(dian)子(zi)器(qi)件(jian)中(zhong)都(dou)會(hui)用(yong)到(dao)。不(bu)過(guo)，當(dang)調(tiao)節(jie)器(qi)用(yong)在(zai)對(dui)噪(zao)聲(sheng)敏(min)感(gan)的(de)應(ying)用(yong)中(zhong)時(shi)，設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)必(bi)須(xu)仔(zai)細(xi)*估這些副作用。

1.2 固態鉭電解電容

與陶瓷電容相比，固態鉭電容對溫度、偏(pian)置(zhi)和(he)振(zhen)動(dong)效(xiao)應(ying)的(de)敏(min)感(gan)度(du)相(xiang)對(dui)較(jiao)低(di)。新(xin)興(xing)一(yi)種(zhong)固(gu)態(tai)鉭(tan)電(dian)容(rong)采(cai)用(yong)導(dao)電(dian)聚(ju)合(he)物(wu)電(dian)解(jie)質(zhi)，而(er)非(fei)常(chang)見(jian)的(de)二(er)氧(yang)化(hua)錳(meng)電(dian)解(jie)質(zhi)，其(qi)浪(lang)湧(yong)電(dian)流(liu)能(neng)力(li)有(you)所(suo)提(ti)高(gao)，而(er)且(qie)無(wu)需(xu)電(dian)流(liu)限(xian)製(zhi)電(dian)阻(zu)。此(ci)項(xiang)技(ji)術(shu)的(de)另(ling)一(yi)好(hao)處(chu)是(shi)ESR更低。固態鉭電容的電容值可以相對於溫度和偏置電壓保持穩定，因此選擇標準僅包括容差、工作溫度範圍內的降壓情況以及最大ESR。

導電聚合物鉭電容具有低ESRtexing

，chengbengaoyutaocidianrongerqietijiyelveda，danduiyubunengrenshouyadianxiaoyingzaoshengdeyingyongeryankenengshiweiyixuanze。buguo
，tandianrongdeloudianliuyaoyuanyuandayudengzhitaocidianrong，yincibushiheyixiedidianliuyingyong。

固態聚合物電解質技術的缺點是此類鉭電容對無鉛焊接過(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)高(gao)溫(wen)更(geng)為(wei)敏(min)感(gan)，因(yin)此(ci)製(zhi)造(zao)商(shang)通(tong)常(chang)會(hui)規(gui)定(ding)電(dian)容(rong)在(zai)焊(han)接(jie)時(shi)不(bu)得(de)超(chao)過(guo)三(san)個(ge)焊(han)接(jie)周(zhou)期(qi)。組(zu)裝(zhuang)過(guo)程(cheng)中(zhong)若(ruo)忽(hu)視(shi)此(ci)項(xiang)要(yao)求(qiu)，則(ze)可(ke)能(neng)導(dao)致(zhi)長(chang)期(qi)穩(wen)定(ding)性(xing)問(wen)題(ti)。
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1.3 鋁電解電容

傳統的鋁電解電容往往體積較大


、ESR和ESL較高、漏電流相對較高且使用壽命有限（以數千小時計）。而OS-CON電容則采用有機半導體電解質和鋁箔陰極
，以實現較低的ESR。這類電容雖然與固態聚合物鉭電容相關
，但實際上要比鉭電容早10年或更久。由於不存在液態電解質逐漸變幹的問題，OS-CON型電容的使用壽命要比傳統的鋁電解電容長。大多數電容的工作溫度上限為105°C，但現在OS-CON型電容可以在最高125°C的溫度範圍內工作。

雖然OS-CON型電容的性能要優於傳統的鋁電解電容，但是與陶瓷電容或固態聚合物鉭電容相比，往往體積更大且ESR更高。與固態聚合物鉭電容一樣
，這類電容不受壓電效應影響，因此適合低噪聲應用。

2 為LDO電路選擇電容

2.1 輸出電容
ADI公司的低壓差調節器(LDO)可以與節省空間的小型陶瓷電容配合使用
，但前提是這些電容具有低等效串聯電阻(ESR)

；輸出電容的ESR會影響LDO控製環路的穩定性。為確保穩定性，建議采用至少1  μF且ESR最大為1 Ω的電容。

輸(shu)出(chu)電(dian)容(rong)還(hai)會(hui)影(ying)響(xiang)調(tiao)節(jie)器(qi)對(dui)負(fu)載(zai)電(dian)流(liu)變(bian)化(hua)的(de)響(xiang)應(ying)。控(kong)製(zhi)環(huan)路(lu)的(de)大(da)信(xin)號(hao)帶(dai)寬(kuan)有(you)限(xian)，因(yin)此(ci)輸(shu)出(chu)電(dian)容(rong)必(bi)須(xu)提(ti)供(gong)快(kuai)速(su)瞬(shun)變(bian)所(suo)需(xu)的(de)大(da)多(duo)數(shu)負(fu)載(zai)電(dian)流(liu)。當(dang)負(fu)載(zai)電(dian)流(liu)以(yi)500 mA/ μs的速率從1 mA變為200 mA時，1 μF電容無法提供足夠的電流，因而產生大約80 mV的負載瞬態
，如圖1所示。當電容增加到10  μF時

，負載瞬態會降至約70 mV，如圖2所示。當輸出電容再次增加並達到20  μF時

，調節器控製環路可進行跟蹤
，主動降低負載瞬態，如圖3所示。這些示例都采用線性調節器ADP151，其輸入和輸出電壓分別為5 V和3.3 V。

圖1. 瞬態響應(COUT = 1 μF)

圖2. 瞬態響應(COUT = 10 μF)

圖3. 瞬態響應(COUT = 20 μF)

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2.2 輸入旁路電容
在VIN和GND之間連接一個1 μF電容可以降低電路對PCB布局的敏感性，特別是在長輸入走線或高信號源阻抗的情況下。如果輸出端上要求使用1 μF以上的電容，則應增加輸入電容
，使之與輸出電容匹配。

2.3 輸入和輸出電容特性
shuruheshuchudianrongbixumanzuyuqigongzuowenduhegongzuodianyaxiadezuixiaodianrongyaoqiu。taocidianrongkecaiyonggezhonggeyangdedianjiezhizhizao
，wenduhedianyabutong，qitexingyebuxiangtong。duiyu5 V應用，建議采用電壓額定值為6.3 V至10 V的X5R或X7R電介質。Y5V和Z5U電介質的溫度和直流偏置特性不佳，因此不適合與LDO一起使用。

圖4所示為采用0402封裝的1 μF

、10 V X5Rdianrongyupianzhidianyazhijiandeguanxi。dianrongdefengzhuangchicunhedianyaedingzhiduiqidianyawendingxingyingxiangjida。yibaneryan，fengzhuangchicunyuedahuodianyaedingzhiyuegao，dianyawendingxingyejiuyuehao。X5R電介質的溫度變化率在-40℃至+85°C溫度範圍內為±15%
，與封裝或電壓額定值沒有函數關係。

圖4. 電容與電壓的特性關係

要確定溫度、元件容差和電壓範圍內的最差情況下電容，可用溫度變化率和容差來調整標稱電容，如公式1所示：
CEFF = CBIAS × (1 – TVAR) × (1 –TOL)                 (1)
其中
，CBIAS是工作電壓下的標稱電容
；TVAR是溫度範圍內最差情況下的電容變化率（百分率）
；TOL是最差情況下的元件容差（百分率）。

本例中
，X5R電介質在–40°C至+85°C範圍內的TVAR為15%
；TOL為10%；CBIAS在1.8 V時為0.94 μF，如圖4所示。將這些值代入公式1
，即可得出：
CEFF = 0.94 μF × (1 – 0.15) × (1 – 0.1) = 0.719 μF
在工作電壓和溫度範圍內，ADP151的最小輸出旁路電容額定值為0.70 μF，因而此電容符合該項要求。

3 總結

為保證LDO的性能，必須正確認識並嚴格*估旁路電容的直流偏置
、溫度變化率和容差。在要求低噪聲、低di漂piao移yi或huo高gao信xin號hao完wan整zheng性xing的de應ying用yong中zhong
，也ye必bi須xu考kao慮lv電dian容rong技ji術shu。所suo有you電dian容rong都dou存cun在zai一yi些xie不bu夠gou理li想xiang的de行xing為wei效xiao應ying，因yin此ci所suo選xuan的de電dian容rong技ji術shu必bi須xu與yu應ying用yong需xu求qiu相xiang適shi應ying。