【導(dǎo)讀】工程師都知道電容很容易影響到電路的各種特點(diǎn)，所以在任何電路選擇電容器時(shí)都需要注意失真問題。而如果電容器在信號(hào)路徑中，就會(huì)出現(xiàn)這類失真。這里TI的Bonnie Baker專家?guī)Ыo電子元件技術(shù)網(wǎng)的朋友們福利，詳細(xì)剖析電容系數(shù)會(huì)影響哪些地方？
任何電路選擇電容器時(shí)都需要注意失真問題。如果電容器在信號(hào)路徑中，就會(huì)出現(xiàn)這類失真。圖1是2個(gè)在信號(hào)路徑中包含電容器的典型電路。
圖1a是Sallen-Key帶通濾波器的第一級(jí)。在該電路中，兩個(gè)重要電容器出現(xiàn)在通過濾波器的信號(hào)路徑中。圖1b是一個(gè)使用R/C對(duì)驅(qū)動(dòng)SAR-ADC的放大器。電容器CF在輸入信號(hào)到達(dá)ADC之前完全接觸到了該輸入信號(hào)。
圖1.六階帶通濾波器的第一級(jí)(a)以及使用R/C對(duì)驅(qū)動(dòng)ADC的放大器(b)。
該失真出現(xiàn)的原因是標(biāo)準(zhǔn)電容器的電壓與特性相關(guān)。換句話說，電容隨所應(yīng)用的電壓及頻率而變化。
下面是描述在一段電壓曲線上電容變化的等式：
C=C0(1+bVCAP)，
其中
C0是標(biāo)稱電容
VCAP是整個(gè)電容的電壓
b是電容器的電壓系數(shù)
圖2是整個(gè)電容器相關(guān)該效應(yīng)的典型曲線。
圖2.電容器電壓系數(shù)
電容器輸入或輸出電荷通過相鄰阻抗，可產(chǎn)生一個(gè)壓降錯(cuò)誤。由于電容器的充電電流與電壓相關(guān)，因此會(huì)產(chǎn)生一個(gè)非線性錯(cuò)誤。對(duì)于正弦波來說，該錯(cuò)誤包含諧波。
電容器電壓系數(shù)特性可能在半導(dǎo)體工藝技術(shù)中更為明顯。由于ADC輸入端（圖1b）有一個(gè)內(nèi)部輸入R/C，因此這種失真現(xiàn)象也會(huì)發(fā)生在轉(zhuǎn)換器的輸入端。
此外，整個(gè)電容器的輸入信號(hào)頻率也會(huì)影響轉(zhuǎn)換精確度。電容值會(huì)引起失真，失真會(huì)隨頻率改變。(圖3)。
圖3.電容器THD+N與頻率的比較
該圖是幾項(xiàng)電容器技術(shù)特性及其總諧波失真+噪聲(SINAD)與頻率性能的比較。圖中最底下的曲線是使用C08電容器獲得的。C0G電容器數(shù)據(jù)上面的曲線是系統(tǒng)測量值。圖中的其它曲線來自具有不同電介質(zhì)（Z5U、Y5V和X7R）的陶瓷電容器。請(qǐng)注意，這些類型的電容器會(huì)隨頻率變化產(chǎn)生明顯的非線性及信號(hào)失真。
圖中沒有顯示NPO類陶瓷電容器。NPO類電容器與C0G性能非常匹配。關(guān)鍵是要為C1和C2(圖1a)以及CF(圖1b)選擇正確的電容器類型。你會(huì)發(fā)現(xiàn)較高質(zhì)量的外部電容器(CF)不會(huì)降低ADC的AC性能標(biāo)準(zhǔn)。較小內(nèi)部ADC電容器(CSH)的較大電壓系數(shù)比不上較大外部電容器的較低電壓系數(shù)。
信號(hào)失真的形式有很多種，但如果遇到此類問題，電路信號(hào)路徑中的電容器可能是最后才考慮的問題。
