正確理解AC耦合電容

在高頻電路設計中，經(jīng)常會(huì )用到AC耦合電容，要么在芯片之間加兩顆直連，要么在芯片與連接器之間加兩顆?？此坪?jiǎn)單，但一切都因為信號的高速而不同。信號的高速傳輸使這顆電容變得不“理想”，這顆電容沒(méi)有設計好，就可能會(huì )導致整個(gè)項目的失敗。因此，對高速電路而言，這顆AC耦合電容沒(méi)有優(yōu)化好將是“致命”的。

下面筆者依據之前的項目經(jīng)驗，盤(pán)點(diǎn)分析一下我在這顆電容的使用上遇到的一些問(wèn)題。

*開(kāi)始要先明白AC耦合電容的作用。一般來(lái)講，我們用AC耦合電容來(lái)提供直流偏壓，就是濾出信號的直流分量，使信號關(guān)于0軸對稱(chēng)。既然是這個(gè)作用，那么這顆電容是不是可以放在通道的任何位置呢？這就是筆者*初做高頻電路時(shí)，在這顆電容使用上遇到的一個(gè)問(wèn)題——AC耦合電容到底該放在哪。這里拿一個(gè)項目中常遇到的典型通路來(lái)分析。

在低速電路設計中，這顆電容可以等效成理想電容。而在高頻電路中，由于寄生電感的存在以及板材造成的阻抗不連續性，實(shí)際上這顆電容不能看作是理想電容。這里信號頻率2.5G，通道長(cháng)度4000mil，AC耦合電容的位置分別在距離發(fā)送端和接收端200mil的位置。我們看一下仿真出的眼圖的變化。

顯然，這顆AC耦合電容靠近接收端的時(shí)候信號的完整性要好于放在發(fā)送端。我的理解是這樣的，非理想電容器阻抗不連續，信號經(jīng)過(guò)通道衰減后反射的能量會(huì )小于直接反射的能量，所以絕大多數串行鏈路要求這顆AC耦合電容放在接收端。但也有例外，筆者之前做板對板連接時(shí)遇到過(guò)這個(gè)問(wèn)題，查PCIE規范發(fā)現如果是兩個(gè)板通常放置在發(fā)送端上，此時(shí)還利用到了AC耦合電容的另外一個(gè)作用——過(guò)壓保護。比如說(shuō)SATA，所以通常要求靠近連接器放置。

解決了放置的問(wèn)題，另一個(gè)困擾大家的就是容值的選取了。這樣說(shuō)，我們的整個(gè)串行鏈路等效出的電阻R是固定的，那么AC耦合電容C的選取將會(huì )關(guān)系到時(shí)間常數（RC），RC越大，過(guò)的直流分量越大，直流壓降越低。既然這樣，AC耦合電容可以無(wú)限增大嗎？顯然是不行的。

同樣的位置，與圖3相比可以看出增大耦合電容后，眼高變低。原因是“高速”使電容變的不理想。感應電感會(huì )產(chǎn)生串聯(lián)諧振，容值越大，諧振頻率越低，AC耦合電容在低頻情況下呈感性，因此高頻分量衰減增大，眼高變小，上升沿變緩，相應的JITTER也會(huì )增大。

通常建議AC耦合電容在0.01uf~0.2uf之間，項目中0.1uf比較常見(jiàn)。推薦使用0402的封裝。