中心議題：

• 旁路電容的產(chǎn)生與等效計(jì)算

旁路電容并不是十分理想的。每個(gè)電容包括一個(gè)寄生串聯(lián)電感，稱為引腳電感，封裝電感或安裝電感。每個(gè)電容還包括寄生串聯(lián)電阻，稱為等效串聯(lián)電阻，它的作用與引腳電感一樣。削弱了電容的效果。ESR是一個(gè)實(shí)數(shù)阻抗，而且不是頻率函數(shù)。它的作用就像一個(gè)普通的電阻，與電容串聯(lián)。每個(gè)旁路電容對(duì)溫度都是敏感的。電介質(zhì)的特性隨溫度明顯地改變，導(dǎo)致電容的容量出現(xiàn)大的擺動(dòng)。如果給旁路電容加上太高的電壓，電容就會(huì)爆炸或短路。

下面的小節(jié)將詳細(xì)討論這些缺陷。

1、電容的等效串聯(lián)電阻和引腳電感

等效串聯(lián)電阻像一個(gè)電阻一樣，與電容串聯(lián)。引腳電感像一電感線圈一樣，與同一個(gè)電容串聯(lián)。它們共同發(fā)揮作用，降低了電容作為一個(gè)旁路元件的效果。

作為頻率的一個(gè)函數(shù)，電容的完整阻抗方程是：
其中：ESR=等效串聯(lián)電阻，Ω
C=電容，F(xiàn)
L=引腳電感，H
X（F）=在頻率F（HZ）時(shí)的阻抗大小，Ω
上式計(jì)算了圖8.9中電容C2和電容陣列C3的曲線。圖8.9中假設(shè)C2和C3電容陣列的每個(gè)元件的ESR都為0.1歐，總的電路板面積為10IN的2次方，電源的和地之間有0.01IN厚的FR-4電介質(zhì)。
圖8.9顯示，旁路電路的諧振頻率大約是300MHZ，這是由于電容陣列的引腳電感和電源與地之間的電容而產(chǎn)生的。因?yàn)檫@個(gè)設(shè)計(jì)的數(shù)字轉(zhuǎn)折頻率低于100MHZ，因此不必?fù)?dān)心。如果數(shù)字轉(zhuǎn)折頻率比較高，試試用表面貼裝的電容陣列，其電感比較低，提高了諧振頻率并降低了幅度。

生產(chǎn)商的數(shù)據(jù)手冊(cè)上并不總是有ESR參數(shù)，但它是非常重要的。不要相鄰銷售人員告訴你的指標(biāo)，要拿到書面形式的說(shuō)明。
要測(cè)量ESR，可以使用圖6.14所示的測(cè)量裝置，與測(cè)量一個(gè)端接電阻的電感方法相同。
如圖6.14所示，當(dāng)我們把一個(gè)旁路電容C放在被測(cè)設(shè)備上時(shí)，期望有好的，干凈的RC上升時(shí)間。我們希望得到大的源端阻抗，如1K。在圖6.14的測(cè)試裝置中，源端阻抗小，因此得到一個(gè)完全不同的結(jié)果。RC上升時(shí)間加快，引腳電感和ESR的旁路應(yīng)用中，通常源端阻抗是1歐數(shù)量級(jí)的，速度是在納秒，能直接測(cè)量引腳電感和ESR的影響。在數(shù)字旁路應(yīng)用中，通常源端阻抗是1歐數(shù)量級(jí)的，速度是在納秒范圍的，因此這樣考慮旁路元件的方法是合理的。

圖8.11的典型畫出了一個(gè)實(shí)際的0.1UF旁路電容的階躍響應(yīng)。響應(yīng)分別采用10NS/刻度和2NS/刻度繪出。兩個(gè)曲線圖分別把測(cè)試夾具的開路響應(yīng)和被測(cè)電容的響應(yīng)疊加在一起。
階躍響應(yīng)顯示了三個(gè)明顯的特征：一個(gè)尖峰、一個(gè)階躍和一條慢的完整斜坡。通過(guò)正確地分折這些特性，可以確定待測(cè)器件的引腳電感，ESR和電容。

1、起初的2NS是一個(gè)短的尖峰。產(chǎn)生這個(gè)尖峰是由于引腳電感的作用。我們可以用尖峰下的面積來(lái)估算引腳電感。


其中：RS=測(cè)試夾具的源端阻抗，Ω
A=尖峰下的面積V-S
△V=測(cè)試夾具的開路階躍電壓，V
L=引腳電感，H

2、緊接在尖峰之后的波形相對(duì)平坦，偏移在零以上。這種形態(tài)是由電容的ESR引起的，在這個(gè)時(shí)刻，電容還沒有開放充電。在這個(gè)時(shí)刻，電容的一個(gè)好模型是只有ESR直接連接到地。由測(cè)試夾具的源端阻抗插進(jìn)電容的ESR形成的電阻分壓器，所產(chǎn)生的電壓近似與ESR成正比。


其中：RS=測(cè)試夾具的源端電阻，Ω
X=尖峰后測(cè)量的階躍電壓，V
△V=測(cè)試夾具的開路階躍電壓，V
在階躍保持之后，慢慢地傾斜增加。這是由于電容慢慢地充電的效果。充電速率DV/DT等于充電電流除以電容。充電電流約等于測(cè)試電路的開路電壓除以源端阻抗。


其中：R=測(cè)試夾具的源端電阻，Ω
X=尖峰后測(cè)量的階躍電壓，V
△V=測(cè)試夾具的開路階躍電壓，V
DV/DT=斜坡的充電速率，V/S
C=電容，F(xiàn)

當(dāng)查看尖峰時(shí)候，記住引腳電感和ESR都是在該時(shí)刻起作用的。如果首先計(jì)算ESR，然后當(dāng)測(cè)量尖峰下面積時(shí)即可減去它的影響。圖8.11中的2NS/刻度上顯示的三條線分別是測(cè)試夾具開路波形、直接測(cè)量響應(yīng)波形、直接測(cè)量響應(yīng)的副本按比例減去開路波形的副本。這種減法解決了ESR的影響。這里的減法和面積測(cè)量是使用TEKTRONX11403數(shù)字示波器的功能進(jìn)行的。