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信號鏈中的電容選型

CHANBAEK ? 來源:硬件工程師筆記 ? 作者:紀烈臣 ? 2023-11-17 17:32 ? 次閱讀

網(wǎng)上搜索C0G和X5R電容區(qū)別,看到了一篇總結的非常好的資料。這里再整理下,主要是為了對比各種類型陶瓷電容的區(qū)別,進而引申出信號鏈中的電容盡量選型C0G(或者NP0)材質(zhì)的原因。

MLCC是片式多層陶瓷電容,是陶瓷電容的一種。參照國際電工技術委員會(IEC)和美國電子工業(yè)聯(lián)合會(EIA)標準,根據(jù)陶瓷電容容值隨溫度變化的規(guī)律,對陶瓷電容分為兩個類別:I類電容器如C0G,其瓷料為順電陶瓷。II類電容器,如X7R,X5R,Y5V,Z5U,其瓷料為強介鐵電陶瓷。

很多人都誤把C0G(或者NP0)電容,讀成了COG(或者NPO)。為什么是數(shù)字“0”呢?其實0是溫度系數(shù)的意思,I類電容器如C0G,它的溫度系數(shù)是0,容值幾乎不隨著溫度變化。另外,常說的NP0跟C0G是一樣的,其實它是ICE標準的代碼。

那么為什么信號鏈中的電容,盡量選型C0G呢?我們看下C0G電容和其他類型電容的區(qū)別就知道原因了。

對比項對比結果說明
溫度特性溫度變化,C0G電容容值不變圖1
直流偏壓DC變化,C0G電容容值不變圖2
交流偏壓AC變化,C0G電容容值不變圖3
等效串聯(lián)電阻ESRC0G等效ESR最小圖4

表1 C0G電容與其他材質(zhì)電容的對比

圖片

圖1 C0G電容的溫度特性是最好的

圖片

圖2 C0G材料容值幾乎不隨著直流電壓變化

圖片

圖3 C0G材料容值幾乎不隨著交流電壓變化

圖片

圖4 C0G材料電容的ESR非常小

通過以上對比,我們知道了C0G較其他材質(zhì)的電容在一些方面的優(yōu)勢,它非常適合用于信號鏈中,因為信號鏈一般處理的都是小信號,希望誤差盡量小。否則后面的放大電路可能會把這個誤差放大。我這里總結了下信號鏈中什么地方,要格外注意盡量選型C0G電容。

序號信號鏈哪些地方盡量選用C0G電容
1ADC前端用于電荷桶的電容
2負反饋中的回授電容Cf
3有源濾波器中的電容
4無源濾波器的電容(RC)

表2 信號鏈哪些地方盡量選用C0G電容

因為RC濾波器中的阻值容值選型有個取舍,如果電阻太小,轉折頻率一定時,電容容值就要很大,這時候是沒辦法選型C0G電容的。我們都知道C0G電容容值都比較小。在TI的低通濾波器設計資料里面,可以看到RC取值的資料,這里作為引用:

有關元件選擇的注釋

理論上,可以使用滿足公式的任何 R 和 C 值, 但考慮到實際情況, 需要遵循某些指導原則。
在給定特定轉角頻率的情況下, R 和 C 的值彼此成反比。通過使 C 變大, R 將變小, 反之亦然。
使 R 變大會使 C 變小, 以致寄生電容會導致錯誤。然而, R 值越小, 電路中的電流就越大, 作為權衡, 這會消耗
更多的功耗。
元件值的更佳選擇取決于特定的電路以及設計人員愿意做出的權衡。遵循以下一般性建議有助于減少錯誤:
? 電容器
– 避免值小于 10pF
– 使用 C0G (NP0) 電介質(zhì)
– 使用容差為 1% 的元件
– 優(yōu)先選擇表面貼裝
? 電阻器
– 介于幾百歐姆至幾千歐姆范圍內(nèi)的值更佳
– 使用溫度系數(shù)較低的金屬膜
– 使用 1% 公差( 或更優(yōu))
– 優(yōu)先選擇表面貼裝

最后再提下,像電源中選型電容,選型X5R或者X7R最好了,因為大多數(shù)電源工作在-40℃到125℃。Y5V是千萬不能選的,因為溫漂太大了。另外一定要注意電容的直流偏壓特性,比如選型10uF/16V電容,工作在5V 直流電壓下,那么它的有效容值一定是比10uF小的。如果我們需要選10uF電容,那么通過核對直流偏壓特性曲線后,選型出來的電容一定是比10uF大的電容。

圖片

圖5 二類陶瓷電容編碼表

本文主要是整理了信號鏈中盡量選型C0G這種電容,因為它的特性相當其他材料電容更好,比如溫度、直流偏壓、交流偏壓和ESR等。以及信號鏈中那部分要格外注意盡量選型C0G電容,否則誤差可能會被放大。引用的資料里面提到了RC取值的參考。然后簡單提了下電源中選型電容的注意要點,一個是有效容值(直流偏壓效應),一個是溫漂。

聲明:本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網(wǎng)站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用,如有內(nèi)容侵權或者其他違規(guī)問題,請聯(lián)系本站處理。 舉報投訴
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