图1 是一些信号路径中包含电容器的典型电路。
图 1. 六阶带通滤波器的第一阶 (a) 以及为 ADC 驱动 R/C 对的放大器 (b)
图1a 是一个 Sallen-Key 带通滤波器级。该电路中有两个电容器都暴露在出现在滤波器信号路径中的 AC 电压中。图1b 是一款在 SAR-ADC 输入驱动器路径中使用 R/C 网络的放大器。电容器CF在到达模数转换器 (ADC) 之前首先遇到输入信号。
失真的产生是因为电容器电压及频率的依从特性。下列等式可描述电容随电压曲线的变化情况： C = C0 ( 1 + bVCAP)，其中C0 是标称电容，VCAP 是整个电容的电压，b 是电容器的电压系数。它通常包含引起非线性响应的更高阶项。
图2 是电压与电容变化的典型曲线图。
图 2. 电容器电压系数
变化电容器的输入输出电荷可穿过相邻阻抗，形成信号失真。由于来自电容器的充电电流具有电压依从性，因此它会产生非线性错误。对于任何信号来说，这种错误都包含谐波。
电容器电压系数特性在半导体工艺中会更加显著。由于图 1b 中的 ADC 输入具有内部输入 R/C，因此失真产生现象出现在转换器输入级内部。幸运的是，半导体厂商已经针对该错误调整了数字输出信号。此外，较小内部 ADC 电容器 (CSH) 的较大电压系数可通过较大外部电容器的电压系数拉低。
此外，电容器的电介质属性可能会引发更多与频率有关的失真。您可在图 3 中看到这些影响。
图 3. 电容器 THD+N 与频率的关系
图 3 是几个电容器的特性，以及其总谐波失真 + 噪声 (SINAD) 与频率性能的对比。该图中的绿线使用 C0G 电容器测得。金色线是系统测量结果。图中的其它曲线分别取自具有不同电介质 — Y5V（红）、Z5U（蓝）以及 X7R（黑）的陶瓷电容器。注意，这些类型的电容器会随频率变化而产生显著的非线性与信号失真。
图中未显示 NPO 类陶瓷电容器。NPO 类电容器与 C0G 性能基本一致。信号失真的形式有多种，而电路信号路径中的电容器很可能是失真原因最后考虑的事情。为 C1 及 C2（图 1a）以及 CF（图 1b）选择适当的电容器类型非常关键。您会发现更高质量的外部电容器不会降低滤波器或 ADC 的性能。
【相关阅读】
如何利用可编程电源和相移减少输入电容器上的压力
浅析超级电容器在三大领域的应用及发展
小型、最大容量! 村田用于汽车的独石陶瓷电容器开始量产
