電路設計基本元件該如何選擇？

電感、電阻以及電容這三種基本元件，是任何硬件電路都離不開的，可以說這些元件不僅關系到硬件電路整體的穩(wěn)定性，還決定了電子設備質量的優(yōu)劣。因此在一個硬件電路中，對于電阻、電容以及電感這些基本元件的選擇有許多值得說道的地方。

就像電容這類元件，除了它的電容量和工作電壓外，還有很多其他的特性需要考量。和電容標稱容量并聯的就有漏電阻、介電吸收這些考量點，串聯的則有電感、有效串聯電阻這些影響因素。任何元件的選擇決定因素從來都不是單一的。

選擇電容該考慮哪些方面？

用在高頻短路的電容，眾所周知它需要很小的電感。如果IC的電源陰線沒有做高頻短路，那么因為走線而產生的寄生效應會產生諧振和振蕩。即便是低頻IC，也含有數百或數千赫茲的晶體管。因此在這類應用下，這些去耦電容的精度和穩(wěn)定性相對就不是那么重要，如何選擇足夠小電感才是最關鍵的。所以說對于如何選擇電容，除了最簡單的電容量之外，還有許多復雜的考量，畢竟電容值不僅與溫度和電壓有關，對機械效應也非常敏感。

首先介質的不同就已經確定了電容的特有屬性，像作為電壓輸入和輸出旁路電容的三大類電容——多層陶瓷電容、固態(tài)鉭電解電容、鋁電解電容，就各有其特定的應用。如果考慮低寄生等效串聯電阻和低電感，多層陶瓷電容就能很好地解決，而且其尺寸也是較小的。但其對噪聲的抑制并沒有那么好的效果。其電介質材料的壓電特性會將振動或機械沖擊轉換為交流噪聲電壓，噪聲級別在極端情況下會達到毫伏級。在噪聲敏感類應用中，多層陶瓷電容雖然尺寸小成本低，但是噪聲副作用就得好好評估了。

固態(tài)鉭電解電容的寄生等效串聯電阻會更低，對溫度、偏執(zhí)、震動的敏感度也較低。但是問題在于其漏電流要遠高于其他介質的電容，極不適用于低電流的應用。雖然在尺寸和成本上會越高一些，但是對壓電效應噪聲高度敏感的應用，如果還要兼顧低寄生等效串聯電阻，那沒有比這個更好的選擇了。值得一提的是，采用導電聚合物電解質的此類電容，其浪涌電流能力能提高很多，不需要電流限制電阻。

這里我們探討鋁電解電容，指的是采用有機半導體電解質和鋁箔陰極的這類鋁電解電容。畢竟傳統(tǒng)的鋁電解電容已經沒有什么優(yōu)勢。采用有機半導體電解質和鋁箔陰極的這類鋁電解電容同樣不受壓電效應噪聲影響，對于低噪聲的應用是不錯的選擇。不過其更大的尺寸和更高寄生等效串聯電阻需要設計人員再評估了。

對于需要較大電容的應用，將多個電容并聯起來是不錯的選擇，這樣電容增加的同時有效串聯電阻和有效串聯電感也會更低。

電阻選擇最大的考量

精密電流源的精度，很大程度上取決于放大器和電阻，合適的選取外部電阻可以很大程度上減少誤差。實際應用中的電阻不可能是理想狀態(tài)的，必然要為每個電阻指定容差。極低容差的電阻成本昂貴，必須要在精度和成本上好好權衡。換一種思路，也可以選擇集成差動放大器來實現更好的電阻匹配。

新式的FPGA以及處理器的內核電壓更低，對容差的要求更嚴格，1V內核的FPGA，5%容差也只有50mV。另一個關鍵的影響因素是電阻溫度系數，以0.8V電壓源，額定溫度系數分別為＋100ppm/℃、－100/℃的一組電阻為例，溫度升高100℃會帶來額外0.4%的誤差。溫度系數更低的電阻也不少，但是成本仍然是擺在面前最大的考量。

電感選型同樣不可忽視

電感設計中一個行之有效的方案是讓開關頻率始終比電感的自諧振頻率低10倍，這也不難做到。需要考慮的是電感的功率損耗會引起電感溫度升高和效率降低。功率的損耗一是來自繞組電阻的損耗，一是來自鐵芯內磁滯和渦電流的綜合效應。獲取繞組電阻損耗相對容易一些，鐵芯的損耗計算則十分困難，基本只能從電感制造商處獲取損耗信息。

如何選擇合適的電感值是一個繁瑣的計算，但是簡單來說，如果需要更低的DCR、更高的飽和電流、更快的開關頻率以及更好的瞬態(tài)響應，低值電感更合適；如何需要更低的紋波電流、更低的鐵芯損耗，那么高值電感更具有似乎。另外，電感的飽和電流一般范圍在10%到30%之間，在電感選擇上一定要注意飽和電流隨溫度變化的情況。

另外有關目前屏蔽電感與無屏蔽電感的選擇，如果應用對于EMI問題較為敏感（尤其是開關頻率較高的應用），那么選擇成本昂貴的屏蔽電感也是值得的。

小結

這些電路基本元件對于器件總體性能的影響巨大，不管是效率、尺寸、輸出功率還是整體成本都很依賴于所選的外部元件。在選取這些基本元件時，必須要仔細分析性能要求，做出性能和成本的權衡。