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用100nf电容给72Mhz时钟信号退耦合适吗?

高工
2022-06-24 10:03:19     打赏
先贤有云,人生有三境界“看山是山,看水是水;看山不是山,看水不是水;看山还是山,看水还是水”。这三个阶段,真实反应了先贤对世事万物认知过程的突破进阶过程。而作为一名硬件开发人员,对硬件技术的认知,最近也发现有了一定的提升。


一道面试题



先抛出来一个面试题:用100nf的电容滤除72MHz干扰时钟信号,是否合适?我们先来思考一下。



电容的等效模型




低频时,瓷片电容 就是一颗电容。


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高频时,它就不仅仅一颗电容,而是电感L、电阻R、电容C的复合体。


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电容频率阻抗曲线的解读




下面,我们再实际看一下电容EMK042BJ332MC(Taiyo)的频率特性曲线,在曲线中分别用不同颜色标注了几种曲线。


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1、深蓝色曲线为电容的ESR

2、绿色曲线为电容(理想模型)的阻抗频率曲线;

3、天蓝色曲线为电容的ESL
4、粉红色曲线为电容(实际模型)的阻抗频率曲线;

5、红色直线为电容的自谐振频率f0

6、当频率f<f0时,电容呈容性;当频率f=f0时,电容呈阻性;当频率f>f0时,电容呈感性
7、在电容的理想模型下,是不存在ESR和ESL,所以|Z|=1/wC=1/2πfC;

8、在电容的实际模型下,电容相当于LCR的串联,所以ESR和ESL都要考虑,Z=R+j(wL-1/wC)

9、当电容处在谐振频率点时,电容的感抗和容抗相互抵消,此时阻抗最小,|Z|=ESR。


揭晓问题答案




针对文章开头抛出来的面试题,结合上面的描述,我们一起看下100nf电容的阻抗频率特性曲线。下图是Taiyo的JMK063BJ104KP-F(100nf),从曲线中可以看出,自谐振频率为30MHz,此时的ESR为21.6mΩ。


当时钟频率在72MHz时,此时的工作频率已远超出100nf的自谐振频率,此时已经是呈感性。原则上讲,此时的电容已经不再是电容,而是电感!这里就如同文章开头讲的:看山不是山,看水不是水。这里再用100nf做退耦,已经不合适。


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那我们更深一步,用多大的电容才合适呢?
下面再看下UMK063BJ104KP-F(10nf Taiyo),从曲线中可以看出自谐振频率为109MHz,ESR=84mΩ。当工作频率为72MHz时,仍未超过自谐振频率,电容仍表现为容性,可以起到退耦作用。
所以,用小于或等于10nf的电容,滤除72MHz的干扰时钟信号比较合适。

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关键词: 100nf     时钟     72Mhz     频率    

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