從電容濾除噪聲談電容濾波半徑

本文從電容濾除噪聲來說。假設(shè)PCB板A處的IC芯片工作狀態(tài)改變了，導(dǎo)致該區(qū)域電流出現(xiàn)變化，電流的變化勢(shì)必在其附近引起一個(gè)電壓變化，也即電壓噪聲。

如圖1所示，當(dāng)電流發(fā)生變化時(shí)，電壓噪聲會(huì)向四周傳播，當(dāng)傳輸?shù)诫娙菟谖恢脮r(shí)，電容感知電壓噪聲，然后做出補(bǔ)償，補(bǔ)償電流幅值與噪聲電流相反。表達(dá)式如下（這里假設(shè)為均勻介質(zhì)）：

其中v為信號(hào)在介質(zhì)中傳播速度，f為電容諧振頻率（由于電容在其諧振頻率上濾波效果最好，所以這里計(jì)算時(shí)，以諧振頻率計(jì)算），R為電容與芯片擾動(dòng)之間的距離，l表示擾動(dòng)傳到電容之后，繼續(xù)傳播的距離，Loss為介質(zhì)損耗(db/m)。

當(dāng)電容的補(bǔ)償電流到達(dá)A處的擾動(dòng)時(shí)，擾動(dòng)電流和補(bǔ)償電流符號(hào)相反時(shí)，才有補(bǔ)償作用，否則兩者疊加，則會(huì)加強(qiáng)噪聲。

從上面推到公式可以看出，當(dāng)0

假設(shè)有一個(gè)1nF電容，其在PCB上安裝電感以及其寄生電感感值總和為2nH，可以計(jì)算器諧振頻率為139MHz，假設(shè)介質(zhì)介電常數(shù)為4，則v=1.5*10^8m/s。可以計(jì)算其波長(zhǎng)為1.08m=42.4inch，所以四分之一波長(zhǎng)約為10.5inch左右，這個(gè)值非常大。當(dāng)取1/40波長(zhǎng)時(shí)，濾波半徑約為1inch，1nF的電容濾波半徑還是比較大的，更大的電容，一般諧振頻率更低，具有更大的濾波半徑。

從計(jì)算可以看到，電容濾波半徑一般比較大，可能是因?yàn)檫@個(gè)原因，所以在設(shè)計(jì)PCB板時(shí)，比較少的提起濾波半徑的概念。一般用大電容靠近電源模塊輸出端口，也可以從濾波半徑考慮，但是由于濾波半徑一般比較大，所以從防止過沖和電源電壓突變解釋更合理。
編輯：hfy