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rc滤波器电阻和电容应该怎么设置(为何射频电路中电容都是pF级别)

rc滤波器电阻和电容应该怎么设置(为何射频电路中电容都是pF级别)但这些材质中,只有C0G(或叫NP0)材质的电容,其稳定度是最高的。3、那假设同样都是0402的尺寸好了,为啥只能用pF等级 ? 0402尺寸的电容中,所有材质都可到达nF等级,有些甚至可到达uF等级。2、为什么都是pF级别的呢,按理说nF级别的电容容抗更小啊,为什么不用呢?RF走线跟电容的接合处是一个阻抗不连续面,如下图 :一般而言,电容值越大,其Size也会越大,其接合处阻抗偏移程度也会越严重,这就失去了上述『同时也不会影响RF的阻抗』的作用。换言之,你串一个大Size的电容,尽管其电容值很大,容抗很小,但很可能其阻抗偏移造成的Loss还更大,既然100 pF就能做到的事,何必硬要用个3.9 nF来徒增麻烦呢???

1、在电路中串100pF相当于直连,这是为何?

依照下述容抗公式:

rc滤波器电阻和电容应该怎么设置(为何射频电路中电容都是pF级别)(1)

频率为0,就是开路,所以只要串电容,不管电容值为何,就是可以挡DC。由上述公式可知:电容值越大,其容抗越小,亦即Loss越小,同时也得知,电容值越大,对RF讯号而言,会越接近0奥姆电阻,而0奥姆理论上对于RF阻抗是不会有任何改变。

所以得到一个结论:理论上,串一个大电容,不但可以当DC Block,同时也不会影响RF的阻抗。

2、为什么都是pF级别的呢,按理说nF级别的电容容抗更小啊,为什么不用呢?

RF走线跟电容的接合处是一个阻抗不连续面,如下图 :

rc滤波器电阻和电容应该怎么设置(为何射频电路中电容都是pF级别)(2)

一般而言,电容值越大,其Size也会越大,其接合处阻抗偏移程度也会越严重,这就失去了上述『同时也不会影响RF的阻抗』的作用。换言之,你串一个大Size的电容,尽管其电容值很大,容抗很小,但很可能其阻抗偏移造成的Loss还更大,既然100 pF就能做到的事,何必硬要用个3.9 nF来徒增麻烦呢???

3、那假设同样都是0402的尺寸好了,为啥只能用pF等级 ? 0402尺寸的电容中,所有材质都可到达nF等级,有些甚至可到达uF等级。

rc滤波器电阻和电容应该怎么设置(为何射频电路中电容都是pF级别)(3)

但这些材质中,只有C0G(或叫NP0)材质的电容,其稳定度是最高的。

时间稳定度 :

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温度稳定度 :

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频率稳定度 :

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换言之,只有C0G(NP0)材质的电容,其电容值不随时间、温度和频率而有所偏差。因此在RF应用中,只有C0G(NP0)材质的电容为首选,其他都不是好选择,而C0G(NP0)材质的电容值 最大也只到1nF。

rc滤波器电阻和电容应该怎么设置(为何射频电路中电容都是pF级别)(7)

所以多半只能用pF等级。

4、假设同样都是0402的尺寸,同样都是C0G(NP0)材质,最大也还有1nF,为啥只能用pF等级 ?首先来比较IL (Insertion Loss) ,假设RF频率为LTE Band 7的2700MHz,可看出1nF的IL为0.036dB。

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8pF的IL为0.0385dB:

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IL方面,确实8pF比较大,因为电容值越小,其ESR越大,当然IL就越大,所以1nF跟8pF之所以IL有差,主要是来自于ESR的差异。但话说回来 一个0.036dB,一个0.0385dB,其实也没啥太大差别,多数情况下不需要计较到0.0025dB的差异。

但阻抗偏移程度就有差别了,假设原始阻抗为50奥姆。如下图 :

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由上图可知,1nF的阻抗偏移程度比8pF来得大,这就失去了DC Block『同时也不会影响RF的阻抗』的作用。换言之,如果RF走线阻抗控制得好,走线够短够宽,原则上用8pF当DC Block 其阻抗依旧为50Ω,不用再额外调匹配使其整体阻抗恢复到50Ω,但若用1nF当DC Block 其阻抗会偏离50Ω,需要额外再调匹配,使其整体阻抗恢复到50Ω。

因此,若用1nF当DC Block还需再串联一个4pF的电容 方可使整体阻抗恢复到50Ω。

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再来看一下,多串了4pF电容后的IL:

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因此整理如下:

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这表示说,你为了要节省那0.0025dB的IL舍弃8pF。而采用1nF的DC Block,结果需要额外再加4pF的电容来恢复50Ω阻抗,换言之,不但额外多出了调匹配的时间跟工作量,同时也额外多出了0.0135dB的IL,这笔交易,你觉得划算吗???

只要是串联无源组件,不管是电感 ,电容,还是电阻,因为其内阻缘故,就是会额外贡献IL ,因此除非必要,否则串联组件能不加就不加,在此原则,相较于1nF,8pF当然是较佳的DC Block选择。

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