高速電路中AC耦合電容的作用及注意事項

在很多高速串行信號中，都會使用到AC耦合電容，既然在設(shè)計高速串行電路時，任何一個小小的不同都會引起信號完整性問題，為什么要在串行鏈路中加入一個AC耦合電容呢？這個電容不僅會導(dǎo)致信號邊沿變得緩慢，還有可能會引起阻抗不連續(xù)。

當(dāng)我們連接有不同的供電電壓的兩個系統(tǒng)時或者是熱插拔時，可能就會需要用到AC耦合電容了，首先我們要了解的是這里我們使用AC電容的目的是為了使兩級之間更好的通信，既然是串在了兩個系統(tǒng)之間，那通信的信號必然是交流的信號。AC耦合電容還可以提供直流偏壓和過流的保護(hù)。

在中間加個AC電容有什么好處呢？主要就是改善了噪聲容限。我們有時候可能在選擇電容時會選擇小電容，覺得這樣可能會將直流成分濾的更干凈，但是這樣會導(dǎo)致信號變形并且引起基線漂移。如果選擇較大的電容，電容端的電壓穩(wěn)定的時間需要的比較長，原來一個小小的電容要求有這么多，那我們應(yīng)該如何來選擇這個電容呢？首先要看電容的頻率、溫度等特性并且選擇低ESR/ESL的電容。對于電容值的選擇是要通過計算來選的，如下所示：這里的F是截止頻率（定義電壓為輸入電壓的0.707倍時的頻率），R是傳輸線的阻抗，C是AC耦合電容。當(dāng)然在選擇電容時，其通帶的頻率要比傳輸信號的頻率要小才好，假設(shè)信號的頻率為Fmin，則頻率值為F：F=Fmin/20當(dāng)取值為F時，99.88%的信號均會通過。

前面介紹了，雖然AC耦合電容有其好處，也會導(dǎo)致邊沿變緩慢，放置AC耦合電容時，會引起阻抗的變化，就存在一個阻抗不連續(xù)點。同時，也會引入碼型相關(guān)抖動，即當(dāng)電路傳輸?shù)男盘栔谐霈F(xiàn)連續(xù)的“1”或“0”時，會出現(xiàn)下圖所示的直流電平壓降，這就會影響眼高。
如何才能減小這個直流壓降降低呢？這和RC時間常數(shù)有關(guān)，RC值越大(充電時間越長，單位時間電容充電少，分壓小)，能通過的直流分量就越多直流壓降越小。由于鏈路中等效電阻是相對固定的，只能調(diào)節(jié)耦合電容值了。如下圖所示電容值越大，壓降越小。

曲線說明：紫色的電容值，紅色的電容值次之，粉色的電容值。

那我們就把電容無限加大吧！答案是：No，不行！因為，實際安裝后的電容不是理想電容，除了ESR,ESL，還有安裝電感，所以就存在一個串聯(lián)諧振頻率。電容在串聯(lián)諧振頻率之前呈容性，之后呈感性。如下圖所示：

電容值越大，諧振頻率越小，電容在較低頻率就會呈現(xiàn)感性，這樣會造成信號高頻分量衰減增大，同樣會使眼高減小，上升沿變緩，jitter增加。所以選擇AC耦合電容時要綜合以上兩點考量，一般業(yè)界都推薦0.01uF~0.2uF，常見的就是0.1uF的電容。對于電容封裝的選擇不建議使用大于0603的封裝，是0402的，或者更小。