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先賢有雲，人生有三境界「看山是山，看水是水；看山不是山，看水不是水；看山還是山，看水還是水」。這三個階段，真實反應了先賢對世事萬物認知過程的突破進階過程。而作為一名硬件開發人員，對硬件技術的認知，最近也發現有了一定的提升。

一道面試題



先拋出來一個面試題：用100nf的電容濾除72MHz干擾時鐘信號，是否合適？我們先來思考一下。


電容的等效模型



低頻時，瓷片電容 就是一顆電容。



高頻時，它就不僅僅一顆電容，而是電感L、電阻R、電容C的複合體。



電容頻率阻抗曲線的解讀



下面，我們再實際看一下電容EMK042BJ332MC(Taiyo)的頻率特性曲線，在曲線中分別用不同顏色標註了幾種曲線。



1、深藍色曲線為電容的ESR；

2、綠色曲線為電容（理想模型）的阻抗頻率曲線；

3、天藍色曲線為電容的ESL；

4、粉紅色曲線為電容（實際模型）的阻抗頻率曲線；

5、紅色直線為電容的自諧振頻率f0；

6、當頻率f<f0時，電容呈容性；當頻率f=f0時，電容呈阻性；當頻率f>f0時，電容呈感性；

7、在電容的理想模型下，是不存在ESR和ESL，所以|Z|=1/wC=1/2πfC；

8、在電容的實際模型下，電容相當於LCR的串聯，所以ESR和ESL都要考慮，Z=R+j(wL-1/wC)；

9、當電容處在諧振頻率點時，電容的感抗和容抗相互抵消，此時阻抗最小，|Z|=ESR。

揭曉問題答案



針對文章開頭拋出來的面試題，結合上面的描述，我們一起看下100nf電容的阻抗頻率特性曲線。下圖是Taiyo的JMK063BJ104KP-F(100nf)，從曲線中可以看出，自諧振頻率為30MHz，此時的ESR為21.6mΩ。

當時鐘頻率在72MHz時，此時的工作頻率已遠超出100nf的自諧振頻率，此時已經是呈感性。原則上講，此時的電容已經不再是電容，而是電感！這裡就如同文章開頭講的：看山不是山，看水不是水。這裡再用100nf做退耦，已經不合適。


那我們更深一步，用多大的電容才合適呢？

下面再看下UMK063BJ104KP-F(10nf Taiyo)，從曲線中可以看出自諧振頻率為109MHz，ESR=84mΩ。當工作頻率為72MHz時，仍未超過自諧振頻率，電容仍表現為容性，可以起到退耦作用。

所以，用小於或等於10nf的電容，濾除72MHz的干擾時鐘信號比較合適。


作者：二火

來源：硬件微講堂

版權歸原作者所有，如有侵權，請聯繫刪除。


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