如何降低去耦陶瓷电容ESL的方法

101pF表示100皮法，前2位代表有效值,第3位代表10的几次方。pF就是皮法，nF就是纳法。电容的单位有法拉，毫法，微法，纳法，皮法，具体单位换算如下：

1法拉(F)= 1000毫法(mF)

1毫法(mF)=1000微法(μF)

1微法(μF)=1000纳法(nF)

1纳法(nF)=1000皮法(pF)

电解电容主要滤除低频纹波，一般从几十Hz到200Hz；无极性电容，容量比较小，常见的有瓷片电容，一般用来滤除高频纹波。电解电容中的ESL是指等效串联电感。

扩展资料：

电容是指容纳电场的能力。任何静电场都是由许多个电容组成，有静电场就有电容，电容是用静电场描述的。一般认为：孤立导体与无穷远处构成电容，导体接地等效于接到无穷远处，并与大地连接成整体。

电容（或称电容量）是表现电容器容纳电荷本领的物理量。电容从物理学上讲，它是一种静态电荷存储介质，可能电荷会永久存在，这是它的特征，它的用途较广，它是电子、电力领域中不可缺少的电子元件。主要用于电源滤波、信号滤波、信号耦合、谐振、滤波、补偿、充放电、储能、隔直流等电路中。

电容器所带电量Q与电容器两极间的电压U的比值，叫电容器的电容。在电路学里，给定电势差，电容器储存电荷的能力，称为电容（capacitance），标记为C。采用国际单位制，电容的单位是法拉（farad），标记为F。

电容的符号是C。

C=εS/d=εS/4πkd（真空）=Q/U

一个电容器，如果带1库的电量时两级间的电势差是1伏，这个电容器的电容就是1法拉，即：C=Q/U 。但电容的大小不是由Q（带电量）或U（电压）决定的，即电容的决定式为：C=εS/4πkd 。

其中，ε是一个常数，S为电容极板的正对面积，d为电容极板的距离，k则是静电力常量。常见的平行板电容器，电容为C=εS/d（ε为极板间介质的介电常数，S为极板面积，d为极板间的距离）。

定义式： 

电容器的电势能计算公式：E=CU^2/2=QU/2=Q^2/2C

多电容器并联计算公式：C=C1+C2+C3+?+Cn

多电容器串联计算公式：1/C=1/C1+1/C2+?+1/Cn

三电容器串联：C=（C1*C2*C3）/（C1*C2+C2*C3+C1*C3）

参考资料：百度百科-电容

1纳法（nF)=1000皮法（pF)。

101pF表示100皮法，前2位代表有效值，第3位代表10的几次方。pF就是皮法，nF就是纳法。电容的单位有法拉，毫法，微法，纳法，皮法，具体单位换算如下：

1法拉（F)= 1000毫法（mF)。

1毫法（mF)=1000微法（μF)。

1微法（μF)=1000纳法（nF)。

1纳法（nF)=1000皮法（pF)。

电解电容主要滤除低频纹波，一般从几十Hz到200Hz；无极性电容，容量比较小，常见的有瓷片电容，一般用来滤除高频纹波。电解电容中的ESL是指等效串联电感。

计算公式：

一个电容器，如果带1库的电量时两级间的电势差是1伏，这个电容器的电容就是1法拉，即：C=Q/U。但电容的大小不是由Q（带电量）或U（电压）决定的，即电容的决定式为：C=εrS/4πkd。

其中，εr是相对介电常数，S为电容极板的正对面积，d为电容极板的距离，k则是静电力常量。常见的平行板电容器，电容为C=εS/d（ε为极板间介质的介电常数，ε＝εrε0，ε0=1/4πk,S为极板面积，d为极板间的距离）。

1微法（μF)= 1000纳法（nF)= 1000000皮法（pF)。

常用的电容单位有毫法（mF）、微法（μF）、纳法（nF）和皮法（pF）等，换算关系是：

1法拉（F）＝1000毫法（mF）＝1000000微法（μF）。

1微法（μF）＝1000纳法（nF）＝1000000皮法（pF）。

排容：由若干个电容排列而成的电容阵列，若干个参数完全相同的电容，它们的一个引脚都连到一起，作为公共引脚，其余引脚正常引出。

电容值：电容器所带电量Q与电容器两极间的电压U的比值，叫电容器的电容。在电路学里，给定电势差，电容器储存电荷的能力，称为电容（capacitance），标记为C。

电容单位：法拉，简称法，符号是F。

101pF表示100皮法，前2位代表有效值，第3位代表10的几次方。pF就是皮法，nF就是纳法。

电容的单位有法拉，毫法，微法，纳法，皮法，具体单位换算关系为：

1法拉（F)= 1000毫法（mF)，1毫法（mF)=1000微法（μF)，1微法（μF)=1000纳法（nF)，1纳法（nF)=1000皮法（pF)。

电解电容主要滤除低频纹波，一般从几十Hz到200Hz；无极性电容，容量比较小，常见的有瓷片电容，一般用来滤除高频纹波。电解电容中的ESL是指等效串联电感。

有些绝缘介质还呈现压电效应，即与电场强度成正比的线性位移

压电效应通常是电容产生噪声的主要途径

市面上的比较便宜的陶瓷电容中的非线性绝缘材料通常含有大比例的钛酸钡，在正常的工作温度下产生压电效应

因而这些元器件会比线性绝缘成份的电容产生更多的噪声

开关电源中，电压偏移最大的箝位电路中的电容最有可能产生音频噪声

通常为了抵制电磁干扰和减小器件电压应力，开关电源一般采用RC,RCD等吸收电路，吸收电容常常选用高压陶瓷电容，不过高压陶瓷电容是由非线性电介钛酸钡等材料制成，电致伸缩效应比较明显，在周期性最高电压的作用下，电介质为断发生形变从而也会产生音频噪声

那么如何解决陶瓷电容在开关电源产生的噪声呢？首先要确定陶瓷电容是否是噪声的主要来源，可以用不同的绝缘体的电容来替代

薄膜电容是性价比不错的替代品，不过也要注意替代品是否能经受住反复的最高电流和电压应力

如果是高压陶瓷电容产生的噪声，就把吸收回路用的高压陶瓷电容换成电致伸缩效应小的聚脂薄膜电容，这可基本可以消除陶瓷产生的噪声

那么，去耦陶瓷电容的谐振频率是什么呢？电容谐振频率的解释：由于焊盘和引脚的原因，每个电容都存在等效串联电感（ESL），因此自身会形成一个串联谐振电路，LC串联谐振电路存在一个谐振频率，随着电力的频率不同，电容的特性也随之变化，在工作频率低于谐振频率时，电容总体呈容性，在工作频率高于谐振频率时，电容总体呈感性，此时去耦电容就失去了去耦的效果，因此，要提高串联谐振频率，就要尽可能降低陶瓷电容的等效串联电感

陶瓷电容的容值选择一般取决于电容的谐振频率，不同封装的电容有不同的谐振频率，下图列出了不同容值不同封装的电容的谐振频率：需要注意的是数字电路的去耦，低的ESR值比谐振频率更为重要，因为低的ESR值可以提供更低阻抗的到地通路，这样当超过谐振频率的陶瓷电容呈现感性时仍能提供足够的去耦能力

大家知道，电感对高频信号的阻抗是很大的，所以，大电容的高频性能不好

而一些小容量电容则刚刚相反，由于容量小，因此体积可以做得很小（缩短了引线，就减小了ESL，因为一段导线也可以看成是一个电感的），而且常使用平板电容的结构，这样小容量电容就有很小的ESL，这样它就具有了很好的高频性能，但由于容量小的缘故，对低频信号的阻抗大

所以，如果我们为了让低频、高频信号都可以很好的通过，就采用一个大电容再并上一个小电容的方式

常使用的小电容为0.1uF的瓷片电容，当频率更高时，还可并联更小的电容，例如几pF、几百pF的

而在数字电路中，一般要给每个芯片的电源引脚上并联一个0.1uF的电容到地（这电容叫做去耦电容，当然也可以理解为电源滤波电容

它越靠近芯片的位置越好），因为在这些地方的信号主要是高频信号，使用较小的电容滤波就可以了

电容的串并联容量公式-电容器的串并联分压公式1.串联公式：C=C1*C2/(C1+C2)2.并联公式C=C1+C2+C3补充部分：串联分压比V1=C2/(C1+C2)*V........电容越大分得电压越小，交流直流条件下均如此并联分流比I1=C1/(C1+C2)*I........电容越大通过的电流越大，当然，这是交流条件下一个大的电容上并联一个小电容大电容由于容量大，所以体积一般也比较大，且通常使用多层卷绕的方式制作，这就导致了大电容的分布电感比较大（也叫等效串联电感，英文简称ESL）

电感对高频信号的阻抗是很大的，所以，大电容的高频性能不好

而一些小容量电容则刚刚相反，由于容量小，因此体积可以做得很小（缩短了引线，就减小了ESL，因为一段导线也可以看成是一个电感的），而且常使用平板电容的结构，这样小容量电容就有很小ESL这样它就具有了很好的高频性能，但由于容量小的缘故，对低频信号的阻抗大

所以，如果我们为了让低频、高频信号都可以很好的通过，就采用一个大电容再并上一个小电容的方式

常使用的小电容为0.1uF的CBB电容较好(瓷片电容也行)，当频率更高时，还可并联更小的电容，例如几pF，几百pF的

而在数字电路中，一般要给每个芯片的电源引脚上并联一个0.1uF的电容到地（这个电容叫做退耦电容，当然也可以理解为电源滤波电容,越靠近芯片越好），因为在这些地方的信号主要是高频信号，使用较小的电容滤波就可以了

理想的电容，其阻抗随频率升高而变小（R＝1/jwc）,但理想的电容是不存在的，由于电容引脚的分布电感效应，在高频段电容不再是一个单纯的电容，更应该把它看成一个电容和电感的串联高频等效电路，当频率高于其谐振频率时，阻抗表现出随频率升高而升高的特性，就是电感特性，这时电容就好比一个电感了

相反电感也有同样的特性

大电容并联小电容在电源滤波中非常广泛的用到，根本原因就在于电容的自谐振特性

大小电容搭配可以很好的抑制低频到高频的电源干扰信号，小电容滤高频（自谐振频率高），大电容滤低频（自谐振频率低），两者互为补充

去耦陶瓷电容的去耦时间、稳压电源以及去耦电容是构成电源系统的两个重要部分

对于现在芯片的速度越来越快，尤其对于高速处理芯片，负载芯片的电流需求变化也是非常快

例如处理芯片内部有2000个晶体管同时发生状态翻转，转换时间是1ns，总电流需求为600mA

这就意味着电源系统须再1ns时间内补足600mA瞬态电流

但是，对于目前的稳压源系统来说，在这么短的时间内并不能反应过来，相对于快速变化的电流，稳压源明显滞后了

这样的后果是负载还在等待电流，稳压源却无法及时提供电流，总功率一定下来，电流增大了，于是电压就会被拉下来，造成了轨道塌陷，因此噪声就产生了

那么这个问题的解决方法是并联不同容值的去耦陶瓷电容

因为，稳压源需要10us才能反应过来，所以在0-10us的时间里也不能干等着，需要用恰当的陶瓷电容来补充

比如按照50mohm的目标阻抗，可以计算出电容：C=1/(2*PI*f*Z)=31.831uf，而电容的高频率同时可以计算出来，假设ESL为5nH,所以有f=Z/(2*PI*ESL)=1.6MHz

也就是说加入31.831uf的陶瓷电容，可以提供100KHz到1.6MHz频段的去耦

另外，1/1.6MHz=0.625us，这样一来，0.625us到10us这段时间电容能够提供所需要的电流

10us之后，稳压源能够提高需要的稳定电流

另外，一个大的陶瓷电容并不能满足要求，通常还会放一些小电容，例如15个0.22uf的电容，可以提供高至100MHz的去耦，这些小电容的快反应时间是1/100MHz=1ns，因此，这些电流能够保证1us之后的电流需求

考虑到反应时间可能还不太够，一般需要将退耦频率提高到500MHz，也就是反应时间快到200ps