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。

 

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。"附錄"部分對這三類電容進行了比較。

 

多層陶瓷電容

 

多層陶瓷電容(MLCC)不僅尺寸小，而且將低ESR、低ESLhekuangongzuowendufanweitexingrongyuyiti，keyishuoshipangludianrongdeshouxuan。buguo，zheleidianrongyebingfeiwanmeiwuque。genjudianjiezhicailiaobutong
，dianrongzhihuisuizhewendu
、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評ping估gu這zhe些xie副fu作zuo用yong。

 

固態鉭電解電容

 

與陶瓷電容相比，固態鉭電容對溫度
、pianzhihezhendongxiaoyingdeminganduxiangduijiaodi。xinxingyizhonggutaitandianrongcaiyongdaodianjuhewudianjiezhi
，erfeichangjiandeeryanghuamengdianjiezhi
，qilangyongdianliunengliyousuotigao，erqiewuxudianliuxianzhidianzu。cixiangjishudelingyihaochushiESR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ESR特(te)性(xing)，成(cheng)本(ben)高(gao)於(yu)陶(tao)瓷(ci)電(dian)容(rong)而(er)且(qie)體(ti)積(ji)也(ye)略(lve)大(da)，但(dan)對(dui)於(yu)不(bu)能(neng)忍(ren)受(shou)壓(ya)電(dian)效(xiao)應(ying)噪(zao)聲(sheng)的(de)應(ying)用(yong)而(er)言(yan)可(ke)能(neng)是(shi)唯(wei)一(yi)選(xuan)擇(ze)。不(bu)過(guo)，鉭(tan)電(dian)容(rong)的(de)漏(lou)電(dian)流(liu)要(yao)遠(yuan)遠(yuan)大(da)於(yu)等(deng)值(zhi)陶(tao)瓷(ci)電(dian)容(rong)，因(yin)此(ci)不(bu)適(shi)合(he)一(yi)些(xie)低(di)電(dian)流(liu)應(ying)用(yong)。

 

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。

 

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。

 

為LDO電路選擇電容輸出電容

 

輸出電容

 

ADI公司的低壓差調節器 (LDOs)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，1µF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.

 

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。

 

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 X5R電(dian)容(rong)與(yu)偏(pian)置(zhi)電(dian)壓(ya)之(zhi)間(jian)的(de)關(guan)係(xi)。電(dian)容(rong)的(de)封(feng)裝(zhuang)尺(chi)寸(cun)和(he)電(dian)壓(ya)額(e)定(ding)值(zhi)對(dui)其(qi)電(dian)壓(ya)穩(wen)定(ding)性(xing)影(ying)響(xiang)極(ji)大(da)。一(yi)般(ban)而(er)言(yan)，封(feng)裝(zhuang)尺(chi)寸(cun)越(yue)大(da)或(huo)電(dian)壓(ya)額(e)定(ding)值(zhi)越(yue)高(gao)，電(dian)壓(ya)穩(wen)定(ding)性(xing)也(ye)就(jiu)越(yue)好(hao)。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：

 

   (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：

 

 

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。

 

總結

 

為保證LDO的性能

，必須正確認識並嚴格評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。

 

附錄

 

圖A. 用於電源旁路的常用電容

 

從頂部開始沿順時針方向依次為（刻度為毫米）：

 

● 100-µF/6.3-V 聚合物固態鋁電容

● 1-µF/35-V 和10-µF/25-V固態鉭電容

● 1-µF/25-V, 4.7-µF/16-V和 10-µF/25-V 多層陶瓷電容

● 10-µF/16-V和22-µF/25-V 鋁電解電容

 

不同電容技術的關鍵參數比較

 

 

 

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