电路设计中选择电容器如何防止电路失真

发布时间:2024-01-30
任何电路选择电容器时都需要注意失真问题。如果电容器在信号路径中,就会出现这类失真。图1是2个在信号路径中包含电容器的典型电路。
图1a是sallen-key带通滤波器的第一级。在该电路中,两个重要电容器出现在通过滤波器的信号路径中。图1b是一个使用r/c对驱动sar-adc的放大器。电容器cf在输入信号到达adc之前完全接触到了该输入信号。
图1.六阶带通滤波器的第一级(a)以及使用r/c对驱动adc的放大器(b)。
该失真出现的原因是标准电容器的电压与特性相关。换句话说,电容随所应用的电压及频率而变化。
下面是描述在一段电压曲线上电容变化的等式:
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
图2是整个电容器相关该效应的典型曲线。
图2.电容器电压系数
电容器输入或输出电荷通过相邻阻抗,可产生一个压降错误。由于电容器的充电电流与电压相关,因此会产生一个非线性错误。对于正弦波来说,该错误包含谐波。
电容器电压系数特性可能在半导体工艺技术中更为明显。由于adc输入端(图1b)有一个内部输入r/c,因此这种失真现象也会发生在转换器的输入端。
此外,整个电容器的输入信号频率也会影响转换精确度。电容值会引起失真,失真会随频率改变。(图3)。
图3.电容器thd+n与频率的比较
该图是几项电容器技术特性及其总谐波失真+噪声(sinad)与频率性能的比较。图中最底下的曲线是使用c08电容器获得的。c0g电容器数据上面的曲线是系统测量值。图中的其它曲线来自具有不同电介质(z5u、y5v和x7r)的陶瓷电容器。请注意,这些类型的电容器会随频率变化产生明显的非线性及信号失真。
图中没有显示npo类陶瓷电容器。npo类电容器与c0g性能非常匹配。关键是要为c1和c2(图1a)以及cf(图1b)选择正确的电容器类型。你会发现较高质量的外部电容器(cf)不会降低adc的ac性能标准。较小内部adc电容器(csh)的较大电压系数比不上较大外部电容器的较低电压系数。
信号失真的形式有很多种,但如果遇到此类问题,电路信号路径中的电容器可能是最后才考虑的问题。
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