發布日期：2022-10-09 點擊率：60
【導讀】通常情況下，我們總喜歡把電容器想得太完美，這或許是錯的，提到失真時更是如此。電容器通常位于信號路徑中，可能會給其自身的所有電路帶來失真。
圖1 是一些信號路徑中包含電容器的典型電路。
圖 1. 六階帶通濾波器的第一階 (a) 以及為 ADC 驅動 R/C 對的放大器 (b)
圖1a 是一個 Sallen-Key 帶通濾波器級。該電路中有兩個電容器都暴露在出現在濾波器信號路徑中的 AC 電壓中。圖1b 是一款在 SAR-ADC 輸入驅動器路徑中使用 R/C 網絡的放大器。電容器CF在到達模數轉換器 (ADC) 之前首先遇到輸入信號。
失真的產生是因為電容器電壓及頻率的依從特性。下列等式可描述電容隨電壓曲線的變化情況： C = C0 ( 1 + bVCAP)，其中C0 是標稱電容，VCAP 是整個電容的電壓，b 是電容器的電壓系數。它通常包含引起非線性響應的更高階項。
圖2 是電壓與電容變化的典型曲線圖。
圖 2. 電容器電壓系數
變化電容器的輸入輸出電荷可穿過相鄰阻抗，形成信號失真。由于來自電容器的充電電流具有電壓依從性，因此它會產生非線性錯誤。對于任何信號來說，這種錯誤都包含諧波。
電容器電壓系數特性在半導體工藝中會更加顯著。由于圖 1b 中的 ADC 輸入具有內部輸入 R/C，因此失真產生現象出現在轉換器輸入級內部。幸運的是，半導體廠商已經針對該錯誤調整了數字輸出信號。此外，較小內部 ADC 電容器 (CSH) 的較大電壓系數可通過較大外部電容器的電壓系數拉低。
此外，電容器的電介質屬性可能會引發更多與頻率有關的失真。您可在圖 3 中看到這些影響。
圖 3. 電容器 THD+N 與頻率的關系
圖 3 是幾個電容器的特性，以及其總諧波失真 + 噪聲 (SINAD) 與頻率性能的對比。該圖中的綠線使用 C0G 電容器測得。金色線是系統測量結果。圖中的其它曲線分別取自具有不同電介質 — Y5V（紅）、Z5U（藍）以及 X7R（黑）的陶瓷電容器。注意，這些類型的電容器會隨頻率變化而產生顯著的非線性與信號失真。
圖中未顯示 NPO 類陶瓷電容器。NPO 類電容器與 C0G 性能基本一致。信號失真的形式有多種，而電路信號路徑中的電容器很可能是失真原因最后考慮的事情。為 C1 及 C2（圖 1a）以及 CF（圖 1b）選擇適當的電容器類型非常關鍵。您會發現更高質量的外部電容器不會降低濾波器或 ADC 的性能。
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