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瓷片电容信号失真的真实原因,几种常见的电容加快电路设计

本站为您提供的瓷片电容信号失真的真正原因,几种常见的电容加速电路设计,有源滤波器电路、用于数据转换的去频迭滤波器以及放大器中的反馈电容均为高介电常数MLCC可能会带来失真的电路。为了说明这一效应,设计人员采用TI的FilterPro软件设计了一款使用Sallen-Key拓扑的1kHz巴特沃兹有源低通滤波器。有源滤波器就是一种电容失真降低整个电路性能的常见应用。

  几种常见的电容加快电路赏析:

  电容加快电路也是经常在规划中用到的一种有用电路。如图1所示:

有源滤波器电路、用于数据转化的去频迭滤波器以及放大器中的反应电容均为高介电常数MLCC或许会带来失真的电路。为了阐明这一效应,规划人员选用TI的FilterPro软件规划了一款运用Sallen-Key拓扑的1kHz巴特沃兹有源低通滤波器。有源滤波器便是一种电容失真下降整个电路功能的常见运用。

  这是在脉冲放大器电路中的一种的运用。其间的三极管VT1是作业在开关状况下。最初说到的所谓加快,便是加快响应速度,加快对输入信号的响应速度。从图1中的三极管VT1来看,便是要求三极管在截止,饱满两种状况之间的转化速度越快越好。那么图1中的电路是怎么起到加快效果呢?

  为了做一个比较与便于了解,先简略剖析没有参加加快电容之前的电路,如图2所示。

有源滤波器电路、用于数据转化的去频迭滤波器以及放大器中的反应电容均为高介电常数MLCC或许会带来失真的电路。为了阐明这一效应,规划人员选用TI的FilterPro软件规划了一款运用Sallen-Key拓扑的1kHz巴特沃兹有源低通滤波器。有源滤波器便是一种电容失真下降整个电路功能的常见运用。

  在图2中,当输入Ui是矩形脉冲信号加到VT1基极时,若Ui为高,VT1饱满导通,若Ui为低,VT1截止。

  在接入C1后,如图1所示,其可等效成如图3所示的微分电路:

有源滤波器电路、用于数据转化的去频迭滤波器以及放大器中的反应电容均为高介电常数MLCC或许会带来失真的电路。为了阐明这一效应,规划人员选用TI的FilterPro软件规划了一款运用Sallen-Key拓扑的1kHz巴特沃兹有源低通滤波器。有源滤波器便是一种电容失真下降整个电路功能的常见运用。

  此刻仍是参加相同的输入信号Ui:当Ui从低 —》高时,由于微分电路的效果,使加到基极的电压呈现一个尖顶脉冲,使基极的电流很大,然后加快了VT1从截止进入导通的速度,缩短了时刻。

  在t0之后,对C1的充电很快就完毕,这时Ui加到基极的电压较小,保持VT1导通。

  当Ui从高 —》低时,即t1时刻,由于C1上原先的电压极性为左正右负,这一电压加到基极为负顶脉冲,加快了从基区抽出电荷,使VT1以更快的速度从饱满转化到截止,缩短了VT1的截止时刻。

有源滤波器电路、用于数据转化的去频迭滤波器以及放大器中的反应电容均为高介电常数MLCC或许会带来失真的电路。为了阐明这一效应,规划人员选用TI的FilterPro软件规划了一款运用Sallen-Key拓扑的1kHz巴特沃兹有源低通滤波器。有源滤波器便是一种电容失真下降整个电路功能的常见运用。

  上述的Ui和Uo的波形如图4所示,直观反映了电容加快电路的作业原理。

  高阶陶瓷电容失效处理方式办法:

  高介电常数MLCC失真示例

  有源滤波器电路、用于数据转化的去频迭滤波器以及放大器中的反应电容均为高介电常数MLCC或许会带来失真的电路。为了阐明这一效应,规划人员选用TI的FilterPro软件规划了一款运用Sallen-Key拓扑的1kHz巴特沃兹有源低通滤波器。有源滤波器便是一种电容失真下降整个电路功能的常见运用。许多规划人员挑选低电阻值以下降电容失真对输出噪声的影响,但这样做会添加为完成某个角落频率所需的电容值。由于这样的规划决议,高介电常数MLCC或许是满意电容、电路板面积以及本钱要求的仅有电容器。

  图1所示的滤波器电路包含了无源组件值,这样一来电容C1和C2就能够用各种介电类型、封装尺度的MLCC加以代替,然后完成了不同电容类型丈量之间的直接比较。该测验中运用一切电容的额定电压均为50V。

有源滤波器电路、用于数据转化的去频迭滤波器以及放大器中的反应电容均为高介电常数MLCC或许会带来失真的电路。为了阐明这一效应,规划人员选用TI的FilterPro软件规划了一款运用Sallen-Key拓扑的1kHz巴特沃兹有源低通滤波器。有源滤波器便是一种电容失真下降整个电路功能的常见运用。

  图1:1kHz转角频率的Sallen-Key低通滤波器

  在这个比如中,规划人员选用高功能音频运算放大器(op amp)OPA1611作为电路的低噪声和低失真根底。为满意一切电阻值要求,规划人员选用了1206封装方式的薄膜高精度电阻,以最小化除这些电容之外的失真影响。依据《有源穿插规划》,一些电阻类型能够发作与电容[2]相类似的失真。终究,电路由±18V电源供电以防止放大器饱满然后影响丈量成果的或许性。

  总谐波失真+噪声(THD+N)是一项十分有用的目标,它能够量化电路噪声和非线性添加到信号的剩余部分。这一数量可表述为谐波和体系RMS噪声电压与基频[3]RMS电压的比值。谐波或输入信号整数倍频率的信号源自于无源组件和集成电路的非线性行为。电路的整体噪声是集成电路的固有噪声、电阻器散热噪声抑或是外部源耦合到电路中的噪声。方程式1将THD+N核算表述为振幅比,其间VF是基频的RMS电压,VN为RMS噪声电压,VI为每个谐波的RMS电压。

有源滤波器电路、用于数据转化的去频迭滤波器以及放大器中的反应电容均为高介电常数MLCC或许会带来失真的电路。为了阐明这一效应,规划人员选用TI的FilterPro软件规划了一款运用Sallen-Key拓扑的1kHz巴特沃兹有源低通滤波器。有源滤波器便是一种电容失真下降整个电路功能的常见运用。

  运用500kHz丈量带宽,进行20Hz到20kHz频率规模1Vrms信号滤波器电路THD+N丈量。图2显现了不同电容类型的电路在1Vrms时丈量的THD+N功能(单位dB)。选用1206封装的C0G介电类型MLCC具有杰出的功能:滤波器通频带中的THD+N丈量值是丈量体系的噪声底限。咱们对选用0805封装的C0G电容也进行了测验,成果标明其也具有相同的功能等级,为了简略起见咱们从图中去掉了这部分。滤波器转角频率之上的THD+N添加体现为滤波器的衰减可下降信号起伏与噪声底限的比值。

  假如将电容类型更换为选用1206封装的X7R类型,咱们能够观察到电路功能的当即衰减。在20Hz时,THD+N会呈现最小值为15dB添加,并在400Hz-800Hz的区域内到达峰值,此刻THD+N的丈量添加值为35dB。假如选用更小型0603封装的X7R电容,将会进一步进步THD+N功能(远远高于频谱10dB)。由于在整个测验过程中咱们都没有更改滤波器中的运算放大器和电阻器,因而添加的THD+N值只与电路输出信号端X7R电容产额定谐波有关。

有源滤波器电路、用于数据转化的去频迭滤波器以及放大器中的反应电容均为高介电常数MLCC或许会带来失真的电路。为了阐明这一效应,规划人员选用TI的FilterPro软件规划了一款运用Sallen-Key拓扑的1kHz巴特沃兹有源低通滤波器。有源滤波器便是一种电容失真下降整个电路功能的常见运用。

  图2:丈量的Sallen-Key低通滤波器THD+N

  图3显现了运用0603和1206 X7R电容时呈现在滤波器输出端的500Hz正弦波频谱。该频谱显现了许多的基波,其间首要是奇次阶谐波。令人吃惊的是用0603 X7R电容构建电路时,在500Hz输入信号时能够观察到超越20kHz的谐波。

有源滤波器电路、用于数据转化的去频迭滤波器以及放大器中的反应电容均为高介电常数MLCC或许会带来失真的电路。为了阐明这一效应,规划人员选用TI的FilterPro软件规划了一款运用Sallen-Key拓扑的1kHz巴特沃兹有源低通滤波器。有源滤波器便是一种电容失真下降整个电路功能的常见运用。

  图3:发作在低通滤波器电路输出端的500Hz正弦波频谱

  确认失真源

  咱们的使命是找到高等级的失真源,但对工程师而言无论是集成电路毛病仍是无源组件发作毛病都不是直观能够发现的。确认首要失真源的一个办法是丈量电路在一个广泛信号电平的THD+N(请参见图4)。在图1中,Sallen-Key滤波器的THD+N显现为500Hz基频,信号电平从1mVrms到10Vrms。运用C0G电容构建电路时,THD+N会由于添加的信号电平而下降,终究到达丈量体系在2Vrms信号电平常的噪声底限。

有源滤波器电路、用于数据转化的去频迭滤波器以及放大器中的反应电容均为高介电常数MLCC或许会带来失真的电路。为了阐明这一效应,规划人员选用TI的FilterPro软件规划了一款运用Sallen-Key拓扑的1kHz巴特沃兹有源低通滤波器。有源滤波器便是一种电容失真下降整个电路功能的常见运用。

  图4:添加信号电平(500Hz基频)的滤波器电路

  线的负斜率标明:由于运算放大器和电阻器的存在,电路噪声是THD+N核算的首要影响要素。在这种状况下,丈量的THD+N随信号电平的添加而下降,这是由于信号电压与噪声电压比增大了。与之相反,无源组件的非线性在更高信号电平常会变的更糟,而且会在信号电平增大时引起失真添加[2]。当滤波电路中的电容被X7R类型所代替时就会发作这种状况。选用0603封装的X7R电容在20mVrms信号振幅的当地开端失真上升。选用1206封装的X7R电容体现类似——在40mVrms信号振幅的当地开端失真上升。因而,假如电路体现出了失真随信号电平添加而上升的趋势,无源组件(电阻或电容)则最或许成为约束电路功能的首要要素。

  由于无源组件失真随信号电平的添加而增大,因而滤波器电路在电容施加电压最大时的失真也到达最大[2]。TI免费SPICE仿真器(TIna-TI)中的AC传输特性剖析可作为一个频率函数用于制作电路中组件两头的电压。图5显现了20Hz-20kHz频率规模内电容C1和C2两头的组合电压,以及选用1206封装的X7R电容滤波器的THD+N。电容C1和C2两头的单个电压是经过均方根进行组合的,频率在大约600Hz时的值最大。图5标明电容电压峰值与失真最大点高度相关,而且很好地标明电容是滤波器输出端过大失真的原因。在两个电容发作不一样失真的状况下,两次丈量之间或许会有一些不一致的当地。经过确认每个电容的信号增益能够进一步深化这一剖析[2]。

有源滤波器电路、用于数据转化的去频迭滤波器以及放大器中的反应电容均为高介电常数MLCC或许会带来失真的电路。为了阐明这一效应,规划人员选用TI的FilterPro软件规划了一款运用Sallen-Key拓扑的1kHz巴特沃兹有源低通滤波器。有源滤波器便是一种电容失真下降整个电路功能的常见运用。

  图5:低通滤波器电路的组合电容电压和丈量的THD+N

  本文小结

  模仿电路的功能受运用中所选用的电容类型影响十分大,有源滤波器的运用充分阐明了这一点。当咱们运用C0G电容构建电路时,电路能够供给高档功能。但是,一旦将电容更改为X7R介电类型,电路的功能就大大下降了。X7R电容将许多的谐波带到了信号途径中,且奇次谐波会成为THD+N丈量的首要影响要素。具体来说,选用0603封装的X7R电容功能最差,选用1206封装的X7R电容功能仅仅稍稍好了一点点。

  上述两种技能有助于工程师确认电路中的失真源。首要,丈量一个广泛的信号电平的THD+N是确认电路功能是否受集成电路或无源组件线性度影响的一个十分有用的办法。无源组件的非线性引起的失真会跟着信号电平的添加而添加。其次,经过把最大失真频率与这些组件施加最大电压时的频率相关联,TINA-TI可用于确认哪一款无源组件是失真源。尽管许多运用中工程师都能够获益于高介电常数MLCC,但咱们不主张在体系的信号途径中运用高介电常数MLCC,由于该电容两头的大幅压降会使其带来失真。

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