自谐振频率与高频电容选择

自谐振频率与高频电容选择

随着越来越多的应用程序在更高频率下运行，以及数字设备设置为以更高的边缘速率运行，您的系统的各个部分可能不会以理想的方式行动。用于确保电源完整性以及在用离散组件构建的各种电路中使用的电容器在某一频率范围内不会表现为真实的电容器。考虑到这一点，您需要为非常高速度/高频率应用选择合适的电容器。

什么构成了一个高频电容器？

选择电容器的整个目标是确保它尽可能接近真实电容器的行为。真实的电容器具有寄生电阻（称为有效串联电阻，或ESR）和寄生电感（称为有效串联电感，或ESL）。电容器在两个板之间也有一些漏电阻，但这通常足够大，以至于可以在高频应用中忽略，特别是在使用大电容器时。

那么这对您的电容器意味着什么呢？本质上，这意味着每个电容器实际上是一个串联RLC电路。这意味着它在用周期性信号驱动时有某个共振频率。在低频下，电容器提供的阻抗是主导的，您的电容器将表现出接近理想的行为。在足够高的频率下，ESL值占主导地位，阻抗开始表现为感性。这在恰当的频率下产生一种称为自共振的效应。

等效高频电容器模型。

这意味着区分不同频率范围内不同电容器的重要特性是电容器的自共振频率。在这个特定频率下，电容器将表现出最小阻抗和非常强的电流响应。

对于将以高速度和高频率运行的PCB，选择电容器变得非常重要。对于高速数字信号，应选择电容器，使其在信号的膝频率（0.35除以10%-90%上升时间）之上具有理想的电容阻抗。换句话说，自共振频率应该大于膝频率。对于高频模拟信号，应选择任何电容器，使系统中的相关频率低于自共振频率。

这从设计方面来说很重要，因为您需要您的电容器表现得像理想的电路元件，否则您可能会错误计算在特定电路中提供的电容量。这也从电源完整性和信号完整性方面来说很重要。用于旁路/去耦的电容器旨在抑制晶体管切换时电源总线或信号链中的电源波动和振铃，但一个尺寸不当的电容器可能会因自共振而产生振铃，而不是抑制它。

为您的下一个设计选择一些高频电容器

除了标准电容器选择标准外，您还应该专注于查找候选电容器的自谐振频率，如果数据表中列出了这个值的话。如果您在数据表中找不到这个值，那么您至少应该找到ESR和ESL值。然后，您可以使用这些值快速计算出串联RLC电路的自谐振频率（为简化起见，忽略漏电阻）：

电容器的自谐振频率。

一旦您找到了各种规格，您就可以使用上述公式快速检查给定的电容器是否具有足够高的自谐振频率。您可以在这篇文章中阅读更多关于旁路/去耦电容器的正确尺寸选择。

一些其他重要的方面包括：

• ESR频率稳定性：由于ESR是一种寄生效应，它也可以是频率的函数。这将在一定程度上影响电容器测量的阻抗曲线形状。这也会在一些非常高频应用中影响尺寸选择。
• 表面贴装与穿孔：在微波和更高频率下，这变得极其重要。穿孔电容器的引脚在极高频率（毫米波）下可以像强谐振器一样工作，意味着它会像天线一样强烈辐射。请记住这一点。
• 温度和电压稳定性：电容（以及所有其他额定值）会随着输入电压水平和温度而变化。
• 第一串联谐振（FSR）和第一并联谐振（FPR）：这些是针对所讨论的电容器，S11和S21的最低额定频率值。

以下是两套适用于GHz范围应用的优秀高频电容器：

American Technical Ceramics MLCCs (1-50 GHz)

American Technical Ceramics的600系列陶瓷多层电容器适用于低至中GHz范围。这些电容器是SMT组件，具有稳定的电容率，范围在0.1-100 pF之间。

ATC 600系列的自谐振频率数据，来自数据表。

AVX UQ系列（1-10 GHz）和Accu-P系列（4-20 GHz）

AVX 的UQ 系列电容器非常适合即将到来的5G 系统和手机。薄膜电容器Accu-P 系列非常适合在未来 5G 频段和短程汽车雷达中操作的设备。其他应用包括卫星和医疗设备。这些电容器是 SMT 组件，具有稳定的电容等级，范围在 0.1-100 pF。

来自Accu-P 数据手册的 Accu-P 薄膜高频电容器结构。

Octopart 的目录包含了大量电容器和其他被动元件，适用于任何应用。如果您不确定需要哪种高频电容器，尝试使用我们的零件选择指南来确定您下一个产品的最佳选项。