硬件設計：電容電感磁珠總結

常見(jiàn)電容器有：

鋁電解電容器：極性，容量大，能耐受大的脈動(dòng)電流，但容量誤差大，泄漏電流大，適合于低頻旁路、信號耦合和電源濾波等場(chǎng)合。

膽電解電容：擁有普通電解電容的特性，漏電流極小，壽命長(cháng)，容量誤差小，體積小，適合小型設備中。

薄膜電容器：是無(wú)極性電容器，用于差濾波器、積分、振蕩和定時(shí)電路。

瓷介電容器：無(wú)極性電容適合于高頻旁路。

陶瓷電容器：是無(wú)極性電容器，有高頻陶瓷電容和低頻陶瓷電容。適用于高、低頻電路中，不適合脈沖電路，否則容易擊穿。

另外，在判定電解電容極性時(shí)，直插式電解電容器，有白色標記或者引線(xiàn)較短的一端為負極；如果是貼片電解電容，有橫桿標記的一端為正極。

圖1 電感線(xiàn)圈的等效電路

二極管和三級管：

如3AX82_81,

對材料的命名方式：A－N型鍺材料 B－P型鍺材料 C－N型硅材料 D－P型硅材料。

對類(lèi)型的命名方式為：P—普通管 W－穩壓管。

三極管中，對材料的命名方式：A－PNP型鍺材料 B－NPN型鍺材料 C－PNP型硅材料 D－NPN型硅材料。

對類(lèi)型的命名方式為：Z－整流管 X－低頻小功率管 U－光電管 K－開(kāi)關(guān)管 CS－場(chǎng)效應管。

磁珠電感：

為了濾除電源電路對系統的噪聲干擾，往往在電源輸出增加一個(gè)電感或磁珠，以濾除電源電路帶來(lái)的噪聲。電感的濾波是反射式濾波，對各種頻率的信號都有衰減，磁珠則是吸收式濾波，只對1KHz信號有大的衰減，對其他信號衰減較小。磁珠有時(shí)需要考慮其散熱，否則會(huì )影響其導磁性能。標稱(chēng)值:因為磁珠的單位是按照它在某一頻率產(chǎn)生的阻抗來(lái)標稱(chēng)的，阻抗的單位也是歐姆 .一般以100MHz為標準，比如2012B601，就是指在100MHz的時(shí)候磁珠的阻抗為600歐姆。額定電流:額定電流是指能保證電路正常工作允許通過(guò)電流.電感與磁珠的區別:有一匝以上的線(xiàn)圈習慣稱(chēng)為電感線(xiàn)圈,少于一匝（導線(xiàn)直通磁環(huán)）的線(xiàn)圈習慣稱(chēng)之為磁珠;電感是儲能元件,而磁珠是能量轉換（消耗）器件;電感多用于電源濾波回路,磁珠多用于信號回路,用于EMC對策;磁珠主要用于抑制電磁輻射干擾,而電感用于這方面則側重于抑制傳導性干擾.兩者都可用于處理EMC、EMI問(wèn)題;電感一般用于電路的匹配和信號質(zhì)量的控制上.在模擬地和數字地結合的地方用磁珠.磁珠有很高的電阻率和磁導率，他等效于電阻和電感串聯(lián)，但電阻值和電感值都隨頻率變化。 他比普通的電感有更好的高頻濾波特性，在高頻時(shí)呈現阻性，所以能在相當寬的頻率范圍內保持較高的阻抗，從而提高調頻濾波效果。作為電源濾波，可以使用電感。磁珠的電路符號就是電感但是型號上可以看出使用的是磁珠在電路功能上，磁珠和電感是原理相同的，只是頻率特性不同罷了

磁珠由氧磁體組成，電感由磁心和線(xiàn)圈組成，磁珠把交流信號轉化為熱能，電感把交流存儲起來(lái)，緩慢的釋放出去。磁珠對高頻信號才有較大阻礙作用，一般規格有100歐/100mMHZ ,它在低頻時(shí)電阻比電感小得多。鐵氧體磁珠 (Ferrite Bead) 是目前應用發(fā)展很快的一種抗干擾組件，廉價(jià)、易用，濾除高頻噪聲效果顯著(zhù)。在電路中只要導線(xiàn)穿過(guò)它即可（我用的都是象普通電阻模樣的，導線(xiàn)已穿過(guò)并膠合，也有表面貼裝的形式，但很少見(jiàn)到賣(mài)的）。當導線(xiàn)中電流穿過(guò)時(shí)，鐵氧體對低頻電流幾乎沒(méi)有什么阻抗，而對較高頻率的電流會(huì )產(chǎn)生較大衰減作用。高頻電流在其中以熱量形式散發(fā)，其等效電路為一個(gè)電感和一個(gè)電阻串聯(lián)，兩個(gè)組件的值都與磁珠的長(cháng)度成比例。磁珠種類(lèi)很多，制造商應提供技術(shù)指標說(shuō)明，特別是磁珠的阻抗與頻率關(guān)系的曲線(xiàn)。有的磁珠上有多個(gè)孔洞，用導線(xiàn)穿過(guò)可增加組件阻抗（穿過(guò)磁珠次數的平方），不過(guò)在高頻時(shí)所增加的抑制噪聲能力不可能如預期的多，而用多串聯(lián)幾個(gè)磁珠的辦法會(huì )好些。鐵氧體是磁性材料，會(huì )因通過(guò)電流過(guò)大而產(chǎn)生磁飽和，導磁率急劇下降。大電流濾波應采用結構上專(zhuān)門(mén)設計的磁珠，還要注意其散熱措施。

鐵氧體磁珠不僅可用于電源電路中濾除高頻噪聲（可用于直流和交流輸出），還可廣泛應用于其它電路，其體積可以做得很小。特別是在數字電路中，由于脈沖信號含有頻率很高的高次諧波，也是電路高頻輻射的主要根源，所以可在這種場(chǎng)合發(fā)揮磁珠的作用。

鐵氧體磁珠還廣泛應用于信號電纜的噪聲濾除。

注意：二極管類(lèi)（DIODE）,DIODExx,數字xx表示功率，數值越大，功率越大,也表示兩個(gè)焊點(diǎn)間的距離。而非極性電容類(lèi)RADxx和極性電容類(lèi)（RB.2/.4～RB.5/1.0）,電阻類(lèi)（AXIAL0.3～AXIAL1.0）300mil,1000mil、可變電阻類(lèi)（VR1～VR5）,數值xx表示兩個(gè)焊點(diǎn)間的距離。

鐘振管腳（有源晶體振蕩器）：1腳DD懸空，2腳接地，3DD腳輸出，4DD腳電源

CPLD_JTAG1管腳：1DDTCK ,2—GND ,3—TDO ,4—VDD ,5—TMS ,6/7/8空，9—TDI ,10—GND

1)鋁電容是由鋁箔刻槽氧化后再夾絕緣層卷制，然后再浸電解質(zhì)液制成的，其原理是化學(xué)原理，電容充放電靠的是化學(xué)反應，電容對信號的響應速度受電解質(zhì)中帶電離子的移動(dòng)速度限制，一般都應用在頻率較低（1M以下）的濾波場(chǎng)合，ESR主要為鋁`電阻和電解液等效電阻的和，值比較大。鋁電容的電解液會(huì )逐漸揮發(fā)而導致電容減小甚至失效，隨溫度升高揮發(fā)速度加快。溫度每升高10度，電解電容的壽命會(huì )減半。如果電容在室溫27度時(shí)能使用10000小時(shí)的話(huà)，57度的環(huán)境下只能使用1250小時(shí)。所以鋁電解電容盡量不要太靠近熱源。

2)瓷片電容存放電靠的是物理反應，因而具有很高的響應速度，可以應用到上G的場(chǎng)合。不過(guò)，瓷片電容因為介質(zhì)不同，也呈現很大的差異。性能最好的是C0G材質(zhì)的電容，溫度系數小，不過(guò)材質(zhì)介電常數小，所以容值不可能做太大。而性能最差的是Z5U/Y5V材質(zhì)，這種材質(zhì)介電常數大，所以容值能做到幾十微法。但是這種材質(zhì)受溫度影響和直流偏壓（直流電壓會(huì )致使材質(zhì)極化，使電容量減?。┯绊懞?chē)乐亍?/span>

一般濾波主要使用大容量電容，對速度要求不是很快，但對電容值要求較大。一般使用鋁電解電容。浪涌電流較小的情況下，使用鉭電容代替鋁電解電容效果會(huì )更好一些。從上面的例子我們可以知道，作為退耦的電容，必需有很快的響應速度才能達到效果。如果圖中的局部電路A是指一個(gè)芯片的話(huà)，那么退耦電容要用瓷片電容，而且電容盡可能靠近芯片的電源引腳。而如果“局部電路A”是指一個(gè)功能模塊的話(huà)，可以使用瓷片電容，如果容量不夠也可以使用鉭電容或鋁電解電容（前提是功能模塊中各芯片都有了退耦電容—瓷片電容）。

濾波電容的容量往往都可以從開(kāi)關(guān)電源芯片的數據手冊里找到計算公式。如果濾波電路同時(shí)使用電解電容、鉭電容和瓷片電容的話(huà)，把電解電容放的離開(kāi)關(guān)電源最近，這樣能保護鉭電容。瓷片電容放在鉭電容后面。這樣可以獲得最好的濾波效果。

退耦電容需要滿(mǎn)足兩個(gè)要求，一個(gè)是容量需求，另一個(gè)是ESR需求。也就是說(shuō)一個(gè)0.1uF的電容退耦效果也許不如兩個(gè)0.01uF電容效果好。而且，0.01uF電容在較高頻段有更低的阻抗，在這些頻段內如果一個(gè)0.01uF電容能達到容量需求，那么它將比0.1uF電容擁有更好的退耦效果。

很多管腳較多的高速芯片設計指導手冊會(huì )給出電源設計對退耦電容的要求，比如一款500多腳的BGA封裝要求3.3V電源至少有30個(gè)瓷片電容，還要有幾個(gè)大電容，總容量要200uF以上…

每路輸入都有10nF和100nF濾雜訊，同時(shí)為了穩定壓降，接有一個(gè)10uF的大電容。一般來(lái)說(shuō)，小電容需要靠近芯片，而且每個(gè)pin一個(gè)。大電容則可放遠點(diǎn)。

對于電源輸出部分來(lái)說(shuō)，除一般原則，需要考慮器件峰值電流較大，把電平拉下來(lái)的可能。因此需要一顆大電容，一般10uF以上，數字電路中典型的去耦電容值是0.1μF。這個(gè)電容的分布電感的典型值是5μH。0.1μF的去耦電容有5μH的分布電感，它的并行共振頻率大約在7MHz左右，也就是說(shuō)，對于10MHz以下的噪聲有較好的去耦效果，對40MHz以上的噪聲幾乎不起作用。1μF、10μF的電容，并行共振頻率在20MHz以上，去除高頻噪聲的效果要好一些。每10片左右集成電路要加一片充放電電容，或1個(gè)蓄能電容，可選10μF左右

14.1、退藕電容的一般配置原則

1. 電源輸入端跨接10 ~100uf的電解電容器。如有可能，接100uf以上的更好。

2. 原則上每個(gè)集成電路芯片都應布置一個(gè)0.01pf的瓷片電容，如遇印制板空隙不夠，可每4~8個(gè)芯片布置一個(gè)1 ~ 10pf的但電容。

3. 對于抗噪能力弱、關(guān)斷時(shí)電源變化大的器件，如 ram、rom存儲器件，應在芯片的 電源線(xiàn)和地線(xiàn)之間直接入退藕電容。

　4、電容引線(xiàn)不能太長(cháng)，尤其是高頻旁路電容不能有引線(xiàn)。此外，還應注意以下兩點(diǎn)：

a、 在印制板中有接觸器、繼電器、按鈕等元件時(shí)．操作它們時(shí)均會(huì )產(chǎn)生較大火花放電 ，必須采用附圖所示的 rc 電路來(lái)吸收放電電流。一般 r 取 1 ~ 2k，c取2.2 ~ 47uf。

b、 cmos的輸入阻抗很高，且易受感應，因此在使用時(shí)對不用端要接地或接正電源。

由于大部分能量的交換也是主要集中于器件的電源和地引腳，而這些引腳又是獨立的直接和地電平面相連接的。這樣，電壓的波動(dòng)實(shí)際上主要是由于電流的不合理分布引起。但電流的分布不合理主要是由于大量的過(guò)孔和隔離

帶造成的。這種情況下的電壓波動(dòng)將主要傳輸和影響到器件的電源和地線(xiàn)引腳上。 為減小集成電路芯片電源上的電壓瞬時(shí)過(guò)沖，應該為集成電路芯片添加去耦電容。這可以有效去除電源上的毛刺的影響并減少在印制板上的電源環(huán)路的輻射。

　　當去耦電容直接連接在集成電路的電源管腿上而不是連接在電源層上時(shí)，其平滑毛刺的效果最好。這就是為什么有一些器件插座上帶有去耦電容，而有的器件要求去耦電容距器件的距離要足夠的小。