电子电路中高频噪声的滤除与电容的布局

电容是两个彼此靠近又相互绝缘的导体。滤波电容是指安装在整流电路两端用以降低交流脉动波纹系数提升高效平滑直流输出的一种储能器件。由于滤波电路要求储能电容有较大电容量。所以，绝大多数滤波电路使用电解电容。电解电容由于其使用电解质作为电极(负极)而得名。电解电容的一端为正极，另一端为负极，不能接反。正极端连接在整流输出电路的正端，负极连接在电路的负端。在所有需要将交流电转换为直流电的电路中，设置滤波电容会使电子电路的工作性能更加稳定，同时也降低了交变脉动波纹对电子电路的干扰。滤波电容在电路中的符号一般用“C"表示，电容量应根据负载电阻和输出电流大小来确定。电源电压U越高，电容所带的电荷q越大。 当滤波电容达到一定容量后，加大电容容量反而会对其他一些指标产生有害影响。滤波电容是并联在整流电源电路输出端，用以降低交流脉动波纹系数、平滑直流输出的一种储能器件。

在使用将交流转换为直流供电的电子电路中，滤波电容不仅使电源直流输出平滑稳定，降低了交变脉动电流对电子电路的影响，同时还可吸收电子电路工作过程中产生的电流波动和经由交流电源串入的干扰，使得电子电路的工作性能更加稳定 。为了获得良好的滤波效果，电容放电必须慢，电容放电越慢，输出电压就越平滑、滤波效果就越好。而电容放电的快慢跟电容的容量C和负载R有关，C和R越大,电容放电就越慢。同时滤波电路中选择的滤波电容的电容量都比较大，最常用的为数百至数千微法的电解电容，要求高的场合也有使用钽电容或铌电容的;但在几十千赫兹甚至更高频率的场合，对频率特性的要求比对容量的要求显得重要得多 。

电容滤波是将电容与负载进行并联连接。在滤波电路中，电容和电感是基本的滤波元件，它们利用储能作用，在二极管导通时将一部分能量存储在电场或磁场中，然后再逐渐释放出来，从而在负载上得到比较平滑的波形。

具体来说，将一个大电容和负载并联起来，就可以组成一个电容滤波电路。由于电容具有维持其两端电压不变的特性，所以能够使负载两端的电压波形变得比较平滑。这种滤波方式适用于需要直流电源但电流负载变化不大的场合。

在选择滤波电容时，通常需要考虑电容的放电时间常数(t=Rl*C)，其中Rl为负载电阻，C为电容值。放电时间常数越大，放电过程越慢，输出直流电压越高，同时脉动成分越小，即滤波效果越好。因此，为了得到较好的滤波效果，通常会选择较大的电容作为滤波电容。

此外，还需要注意滤波电容的耐压值，一般应大于或等于电路中的最高电压值，以确保电容能够正常工作并保护电路安全。

综上所述，电容滤波是将电容与负载并联连接，通过电容的储能和放电作用来平滑负载两端的电压波形，从而得到稳定的直流电源。

当交流电通过二极管之后因二极管单向导电性就会被二极管整流成脉动直流电，可是这种脉动直流电很多时候是不能够直接使用的。因为我们生活中的很多用电设备对电源的要求都是很高的，越是精密的设备对电源的要求越高，所以我们就必须要提高电源质量，把整流后的脉动直流电做到尽可能平滑，这就是--“滤波”。

滤波分为电容器滤波和电感器滤波，可是我们发现在很多滤波电路中往往只有电容器而没有电感器，由此可以看出电容器在滤波电路中起着至关重要的作用!

而滤波电容的容量并不是越大越好，而是根据负载特性来选择，如果是“不挑食”的负载我们选择滤波电容就可以看心情选择~~

如果是比较精密的负载我们就必须给它吃好的和好的当国宝一样伺候着，要不然它一翻脸就够我们受的了，有点跑题了，，电容器的容量到底该怎么选?我们还是先来做个试验吧!

滤波，顾名思义，就是过滤不需要的信号波，如下图1-1所示的高通滤波电路，所谓高通，即输入信号中，频率越高的就越容易通过电路来到输出端，而频率较低的信号被滤除。在交流电路中(包括强电领域的电力系统以及弱电领域的通信系统)，含有各种频率的交流电压或电流信号，它们同时在电路中传输，但有的频率信号不是我们所需要的。

这些信号会在电路中造成干扰，为了将这些干扰信号滤除，就产生了各种滤波电路。而电容是滤波电路的一位大功臣，它发挥着至关重要的作用。那么，电容又是如何发挥它的作用的呢?

说到电容滤波作用，我想大家比较熟悉的应该是整流电路中的滤波电容吧?显然，这里的滤波和上文所说的过滤不同频率信号的滤波有所不同，因为整流电路的输出信号不是交流信号，但其实它们是一回事。

总的来说，电容能够应用于滤波，归功于它的的通交隔直性质，即交流信号的频率越高的信号，越容易通过电容，电容对电流的阻碍作用越小，电容两端分得的电压越小;反之，交流信号频率越小的信号，越不容易通过电容，此时电容对电流的阻碍作用比较大，电容两端分得电压也比较大，当频率为零时(即为直流)，电流直接为零，输入电压直接等于电容电压。

滤波电容的作用及特性

首先，我们需要了解滤波电容的基本作用。电源滤波电容是在电源输出端与负载之间串联的一种电容器，主要作用是过滤电源中的高频噪声，保证电源输出的稳定性和可靠性。在电源输出端，由于电源采用的是交流电转换为直流电的方式，因此输出电压会出现一定的交流成分，这就是所谓的“纹波”。纹波会对电路产生干扰，造成电路工作不稳定，甚至引起系统故障。而滤波电容能够通过对交流信号的滤波作用，去除这些干扰信号，使得电源输出的直流电稳定可靠，从而保证整个系统的正常运行。

滤波电容的特性包括电容值、谐振频率和安装电感等。电容值决定了电容能够存储的电荷量，从而影响到滤波效果。谐振频率是电容在特定频率下呈现最大阻抗的频率点，也是电容滤波作用范围的重要参数。安装电感则是指电容在安装过程中产生的电感，它会影响电容的谐振频率和滤波效果。

在电源设计中，滤波电容的布局和走线对于滤波效果具有重要影响。传统的观念认为，电源必须经过滤波电容进入芯片管脚，以确保电源在进入芯片之前已经经过充分的滤波。然而，随着系统工作频率的提升和多层板的普及，这种观念逐渐受到挑战。

在低频板卡和单、双面板中，由于工作频率较低，滤波电容的谐振频率点相对较高，因此电源经过滤波电容进入芯片管脚是可行的。然而，在高频板卡和多层板中，情况就有所不同了。随着工作频率的提升，PDN(电源供电网络)噪声对应的频段也在提高，而滤波电容的谐振频率点变化不大，因此滤除噪声的作用范围有限。此外，电源经滤波电容进入芯片管脚会增长走线距离，加大寄生电感，进一步降低电容谐振频率，从而影响滤波效果。

在高频板卡和多层板中，高频噪声的滤除更多地依赖于电源、地之间的平板电容和芯片Die内电容。平板电容具有高频响应速度快、滤波效果好的特点，能够有效应对几百兆的高频电源噪声。而芯片Die内电容则对更高频率的噪声具有更好的滤除效果。

因此，在高频板卡和多层板中，滤波电容的布局应该更加灵活。滤波电容可以靠近电源输入端放置，以减小走线距离和寄生电感，同时利用平板电容和芯片Die内电容对高频噪声进行滤除。这样不仅可以提高滤波效果，还可以降低系统成本，因为不需要在芯片管脚附近大量布置滤波电容。

为了确保滤波电容的滤波效果，正确的布局与布线至关重要。首先，滤波电容应该尽量靠近电源输入端放置，以减小走线距离和寄生电感。其次，滤波电容的布线应该尽量短而直，避免弯曲和交叉，以减少寄生电容和电感的影响。此外，还应该注意电源、地平面之间的紧耦合，以减小电源地之间的阻抗，提高平板电容的滤波效果。

在实际应用中，还需要根据系统的具体情况选择合适的滤波电容类型和参数。例如，在高频系统中，可以选择谐振频率较高、寄生电感较小的电容;在需要承受较大纹波电流的系统中，可以选择容量较大、ESR(等效串联电阻)较小的电容。