【导读】电子设备是我们推动世界运转所需的工具。现代生活已经离不开手机、现代化的交通工具、科学设备以及家中的各类电器,我们需要它们来改善甚至延长我们的寿命。所有电子设备都依赖于清洁的电源,而旁路电容器对于确保设备安全地满足其电源规格要求至关重要。
Part 01.为什么需要旁路电容器?
电子系统皆有可能受到电磁干扰(EMI)的影响。电磁干扰可由各类人为因素或自然因素导致,例如:
• 电源线辐射
• 无线电发射机
• 电动机
• 继电器
• 静电放电 (ESD)
• 闪电
每个信号源都会与设计中的电源和信号线耦合,产生噪声。即便布局再谨慎,只要有直流电源线路在,它都可能充当吸收和传输电磁场的电感器。图 1 展示了一种常见的情况,即家用 60 Hz电源在直流电源线上诱发电源故障。
图 1. 直流线路上由 60 Hz频率引起的 EMI。
资料来源:http://w4neq.com/htm/linenoise.htm
当这些辐射加载到所需的稳态直流电压之上时,所提供的电源质量就会下降。一些潜在的 EMI 引起的故障模式包括单位翻转和小故障(稳健的硬件和软件解决方案可纠正这些故障),以及集成电路 (IC) 锁存,迫使系统复位。大的静电放电尖峰甚至可能导致集成电路完全失效。
Part 02.旁路电容器如何缓解 EMI
如图 2 所示,电容器是一种无源电子元件,由两块被电介质隔开的导电板组成。一旦接通电源,电容器就会在两块板上储存能量,直到与供电电压达到平衡。如果外部因素导致供电线路电压过低,电容器会将储存的电荷反馈到线路上;如果发生过压事件,多余的电荷会穿过电介质并分流到地面。
图 2. 电容器物理结构图示。
资料来源:https://www.electronics-tutorials.ws/capacitor/cap_1.html
为确保为昂贵、高速的元件持续提供清洁电源,设计人员会在集成电路电源输入引线附近添加旁路电容器。旁路电容器起到滤波器的作用,为稳态电压提供无穷大的阻抗,并旁路高频噪声,这可以减弱电源线上的噪声,如图 3 所示。
图 3. 电路图和结果轨迹
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