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為什么要在串行鏈路中加入一個AC耦合電容呢?

2023年01月14日 10:04 信號完整性 作者: 用戶評論(0

在很多高速串行信號中,都會使用到AC耦合電容,既然在設(shè)計高速串行電路時,任何一個小小的不同都會引起信號完整性問題,為什么要在串行鏈路中加入一個AC耦合電容呢?這個電容不僅會導(dǎo)致信號邊沿變得緩慢,還有可能會引起阻抗不連續(xù)。

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當(dāng)我們連接有不同的供電電壓的兩個系統(tǒng)時或者是熱插拔時,可能就會需要用到AC耦合電容了,首先我們要了解的是這里我們使用AC電容的目的是為了使兩級之間更好的通信,既然是串在了兩個系統(tǒng)之間,那通信的信號必然是交流的信號。AC耦合電容還可以提供直流偏壓和過流的保護(hù)。

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在中間加個AC電容有什么好處呢?

主要就是改善了噪聲容限。我們有時候可能在選擇電容時會選擇小電容,覺得這樣可能會將直流成分濾的更干凈,但是這樣會導(dǎo)致信號變形并且引起基線漂移。如果選擇較大的電容,電容端的電壓穩(wěn)定的時間需要的比較長,原來一個小小的電容要求有這么多,那我們應(yīng)該如何來選擇這個電容呢?首先要看電容的頻率、溫度等特性并且選擇低ESR/ESL的電容。對于電容值的選擇是要通過計算來選的,如下所示:

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這里的F是截止頻率(定義電壓為輸入電壓的0.707倍時的頻率),R是傳輸線的阻抗,C是AC耦合電容。 當(dāng)然在選擇電容時,其通帶的最小頻率要比傳輸信號的最小頻率要小才好,假設(shè)信號的最小頻率為Fmin,則頻率值為F: F=Fmin/20 當(dāng)取值為F時,99.88%的信號均會通過。

前面介紹了,雖然AC耦合電容有其好處,也會導(dǎo)致邊沿變緩慢,放置AC耦合電容時,會引起阻抗的變化,就存在一個阻抗不連續(xù)點(diǎn)。同時,也會引入碼型相關(guān)抖動,即當(dāng)電路傳輸?shù)男盘栔谐霈F(xiàn)連續(xù)的“1”或“0”時,會出現(xiàn)下圖所示的直流電平壓降,這就會影響眼高。

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如何才能減小這個直流壓降降低呢?

這和RC時間常數(shù)有關(guān),RC值越大(充電時間越長,單位時間電容充電少,分壓小),能通過的直流分量就越多直流壓降越小。由于鏈路中等效電阻是相對固定的,只能調(diào)節(jié)耦合電容值了。如下圖所示電容值越大,壓降越小。

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曲線說明:紫色的電容值最大,紅色的電容值次之,粉色的電容值最小。

那我們就把電容無限加大吧! 答案是:No,不行!因?yàn)椋瑢?shí)際安裝后的電容不是理想電容,除了ESR,ESL,還有安裝電感,所以就存在一個串聯(lián)諧振頻率。電容在串聯(lián)諧振頻率之前呈容性,之后呈感性。如下圖所示:

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電容值越大,諧振頻率越小,電容在較低頻率就會呈現(xiàn)感性,這樣會造成信號高頻分量衰減增大,同樣會使眼高減小,上升沿變緩,jitter增加。 所以選擇AC耦合電容時要綜合以上兩點(diǎn)考量,一般業(yè)界都推薦0.01uF~0.2uF,最常見的就是0.1uF的電容。對于電容封裝的選擇不建議使用大于0603的封裝,最好是0402的,或者更小。 ??




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