AVX钽电容和氧化铌电容应用指南

为了在设计中能正确使用钽电容和氧化铌电容，我们必须充分考虑目标电路和设备的所有重要的电气和物理条件。输入参数通常需要提供电容值，这个值可以根据电源线滤波比、 大压降等计算出来。正确选择电容需要考虑的另一个重要参数是直流工作电压。推荐电压降额使用这个一般规则很重要，对所有钽电容来说降低幅度为50%，氧化铌电容是20%，这意味着钽电容的工作电压 为额定电压Vr的一半，氧化铌电容的工作电压为其额定电压的80%。遵守这个规则很重要，因为这样做可以保护器件免受意外电流浪涌和过压的伤害，而这种情况在汽车电路中很可能发生。然而，用于主输出电路的钽电容降额电压与汽车电池线有很好的隔离，在过压时具有保护作用，并具有缓慢加电模式(软启动电路)，比如低功率DC/DC转换器的输出。在这种情况下，允许使用低至20%的降额幅度。工作温度范围告诉我们选择电容时主要考虑 大温度值，但也要认识到，当高温超过85℃时我们必须使用额外的电压温度降额值。在实际温度下电容允许的 大直流电压被称为类别电压(额定电压只是在室温25℃情况时的其中一种类别电压值)。 如果正常工作温度超过85℃，那么工作降额与温度降额应结合起来考虑。例如，在可能出现浪涌和电压尖峰的电路中 工作温度达125℃的钽电容：工作降额为50%，即电压 为额定电压Vr的50%，125℃时( 坏情况下)的温度降额为33%，即电压 大值是Vr的66%。两者结合后为0.5×0.66=0.33，这意味着钽电容可以在 大为额定电压Vr的33%的电压下使用(针对 差工作条件)。 要想避免电容出现上电或启动电流过载，了解经过电容的 大工作浪涌电流(单峰)很重要。这个电流可以根据电源内部电压以及与待测电容串连的所有器件的内部电阻(包括有效串联电阻ESR)计算出来。工作 大浪涌电流应小于电容的 大允许浪涌电流Ipmax=(1.1×Vr)/(0.45+ESR)。在工作电流太高的情况下可以采取更大的降额幅度，因此选择的额定电压越高，电容的 大浪涌电流Ipmax也越大。 电容的 大纹波电流是流过电容的 大交流电流值，它有两个主要的参数：有效值(rms,ACIrms,Ir)和频率f。纹波电流受限于电容ESR上的电流产生的 大功耗Pd。电容体积越大，允许的功耗也越大，每种体积的功耗是常数。ESR越小，功耗就越小，允许的纹波电容也就越大。参见一般公式Pd=ESR×Ir×Ir。对有较高要求的纹波电流来说，低ESR、大体积、可能多阳极的结构是 选择。

电感Q值对对射频巴伦的影响

做过WiFi产品的读者一定知道射频巴伦，英文称之为Balun，就是balance-unbalance的缩写，含义为平衡-不平衡转换器，常见于RFTranceiver的射频输出/输入引脚，用于对射频信号实现差分到单端的转换，后文直接称之为Balun；做过射频的读者也一定知道电感的Q值，即品质因数，是衡量电感器件的主要参数。是指电感在某一频率的交流电压下工作时，所呈现的感抗与其等效损耗电阻之比。电感的Q值越高，其损耗越小，效率越高。 不知道正在阅读此文的读者是否经历过这样的问题：明明射频部分所用的Balun与参考设计所用的值是一样的，可是射频指标就是很差。笔者本人 近就遭遇了这样的问题。 Atheros的AR9341是一款十分流行的WLANSoC，笔者也在多款产品的设计中采用了这款芯片。在之前的产品设计中，射频指标从未出现过任何问题，基本上都能达到业界 指标，但是在 近的一款产品中，Rx接收灵敏度出奇地差，仅略高于IEEE国际标准，这对于笔者这样的 主义者是完全无法接受的。原始的测试数据如下图，即artgui窗口中的log，可以看到802.11g54Mbps速率下接收灵敏度仅能达到可怜的-66dBm，这与其他产品的-78~-80dBm相差甚远。 相比于其他产品的设计，这款产品射频部分没有LNA和PA，所以接收灵敏度比较差是意料之中的，但是不应该差得如此离谱。在确认了.ref文件中设置为noxlna及正确的switchtable之后，笔者便开始了漫长的调试过程。AR9341参考设计的Rx电路十分简单，由于保密关系，笔者无法给出这部分的原理图，但显而易见，能够影响接收灵敏度的也就是Balun部分了。笔者尝试着变更过Balun部分的电感值与电容值，会对接收灵敏度产生一定的影响，但是都不会带来巨大的改善。 百般无奈之下，笔者比较了一下量产的PCBA与这这款产品Balun部分射频器件的外观（这是本人经常使用的一种快速诊断问题的方法），结果发现一颗电感相差巨大：量产所用的电感为金黄色，而这款产品的电感是白色的！很明显，问题就出在这里。根据以前的项目经验，得知这颗金黄色电感是Muruta的LQP系列射频电感，也是我在BOM中指定的物料，那么结论就是，这颗白色的电感是假的！将金黄色电感更换至这款产品的Balun部分，802.11g54Mpbs速率下的接收灵敏度大幅提升至-73Bm，完全可以满足一般要求。 进一步，白色电感为叠层电感，其 典型的缺点就是Q值很低，自谐振频率也很低，在射频频率下，其表现出来的很可能是容抗，完全失去一颗电感应有的特性；金黄色电感是薄膜电感，具有较高的Q值与较高的自谐振频率，例如MurataLQP系列电感典型Q值为13，自谐振频率为6GHz，完全可以满足2.4GHz频段的要求。 通过这次调试，笔者意识到在其他产品中都具有外部LNA及PA，所以这个问题没有暴露出来，但是在这种没有外部LNA的情况下就完全暴露了，因此笔者建议读者在做射频Balun的设计时，请务必选择高Q值的电感，例如Murata的LQP，LQW系列，电容可选择Murata的GJM系列。 关于射频巴伦 曾经有很多读者向我咨询WiFi产品射频Balun部分的设计原理，我每次的回答都是一样的：请与参考设计一致。这个理由其实很简单，WLANSoC并不会在Datasheet中给出差分输入阻抗，那么射频Balun的设计也就无从谈起，只有芯片公司的人才能知道，因此对于射频工程师来说 的选择就是与参考设计保持一致。