常用RF元器件—電容

電容是電子設(shè)備中最常用也是最重要的元器件之一，在幾乎所有的電子產(chǎn)品中都能見(jiàn)到它的身影。但它又常常被人們所忽視，在很多人心中，它不過(guò)是兩個(gè)導(dǎo)體外加中間隔離電解質(zhì)的一個(gè)元器件而已。他的用途非常多，主要有：1)隔直通交; 2)去耦電容; 3)耦合電容; 4)濾波; 5)調(diào)諧; 6)計(jì)時(shí); 7)儲(chǔ)能; 8)用于匹配電路等等……本次要討論的是在RF鏈路上的電容。

圖1.射頻放大器的典型設(shè)計(jì)電路

先將上圖中的電容先分類(lèi)，可以看出其中C1,C5是RF耦合電容，是我們主要討論的部分；C2,C3,C4,C6,C7是匹配電容，它能讓放大器很好地工作在某一特定的頻段；C8是電源去耦電容。

針對(duì)C1、C5而言，它主要有2個(gè)功能：

其一：隔離外部的直流部分。因?yàn)榇蟛糠值腞F混頻器、衰減器等器件都會(huì)由于過(guò)高的直流輸入電平、過(guò)高的功率或ESD而損壞，而電容的出現(xiàn)能夠幫助消除直流的影響；

其二：頻率選擇功能。有時(shí)候我們期望放大器僅僅放大wifi頻段的信號(hào)，而不用理會(huì)FM, GSM等低頻信號(hào)，這時(shí)候選擇容值比較小的電容就能起到高通濾波器作用。

在實(shí)際選擇RF耦合電容時(shí)需要注意哪些參數(shù)呢？

1.電容容值。它決定了電路的工作頻段，一般放大器等器件會(huì)有典型的參考設(shè)計(jì)，對(duì)于某幾個(gè)頻點(diǎn)，手冊(cè)會(huì)給出參考值。

圖2.元器件手冊(cè)給出的設(shè)計(jì)參考值

從上表可以看出，器件使用的頻段越低，所需要的容值就越大；反之，頻段越高所需的容值就越小。這與電容在電源去耦時(shí)的選擇方法是一致的。當(dāng)頻段低至幾百KHz時(shí)，所需的容值大約在uF級(jí)別。

2.Q值。它是衡量電容插損的重要指標(biāo)，Q值越高，射頻功率損耗越小。Q=1/[(2πfC)*ESR]。Q值與電容的材料有關(guān)，ESR越低，Q值越高。在設(shè)計(jì)濾波器時(shí)，使用高Q值的電容能使濾波器的帶寬做得比較窄，如DLI或ATC公司的電容，他們能做到很高的Q值。

3.等效串聯(lián)電阻及等效串聯(lián)電感。理想的電容只有容性，但實(shí)際的電容模型是由幾部分串聯(lián)組成的：電容、等效串聯(lián)電阻、等效串聯(lián)電感。其等效的阻抗為Z=R+j(ωL-1/ωC)

圖3電容的等效模型

它們的出現(xiàn)使得電容會(huì)有自諧振頻率，定義為：f0=1/(2π*)，當(dāng)工作頻率小于f0時(shí)，電容呈現(xiàn)出容性阻抗；當(dāng)頻率等于f0時(shí)，呈現(xiàn)出純阻性Z=Resr；當(dāng)頻率大于f0時(shí)它即呈現(xiàn)出感性。

圖4電容阻抗隨頻率的變化

4.耐壓。它是必須考慮的因素之一，一般耐壓越高，體積也就越大，目前RF設(shè)備內(nèi)的耦合電容尺寸以0402，0603，0805等典型貼片封裝為主。

5.溫度系數(shù)與容差。他們是反映電容容值準(zhǔn)確性的參數(shù)，選擇時(shí)根據(jù)實(shí)際需要而定。

6.焊接方式。水平或垂直。在沒(méi)有深入研究電容之前，我從未考慮過(guò)電容的不同焊接方式會(huì)導(dǎo)致它插損和諧振的變化。請(qǐng)看下面的列子：

圖5水平焊接VS垂直焊接

可以看到，當(dāng)水平焊接時(shí)該電容在1.2G左右產(chǎn)生了一個(gè)自諧振點(diǎn)，而當(dāng)改用垂直焊接時(shí)，該諧振點(diǎn)提高到了2.3G附近，使得無(wú)諧振的頻帶得到了展寬。這一點(diǎn)對(duì)需要做寬帶系統(tǒng)的設(shè)備而言是很重要的。往往SRF(Self Resonant Frequency)比較高的電容都價(jià)格不菲，利用電容的這一特性可以幫助節(jié)約成本。