下麵筆者依據之前的項目經驗，盤點分析一下我在這顆電容的使用上遇到的一些問題。

 

最開始要先明白AC耦合電容的作用。一般來講，我們用AC耦合電容來提供直流偏壓，就是濾出信號的直流分量，使信號關於0軸zhou對dui稱cheng。既ji然ran是shi這zhe個ge作zuo用yong，那na麼me這zhe顆ke電dian容rong是shi不bu是shi可ke以yi放fang在zai通tong道dao的de任ren何he位wei置zhi呢ne
？這zhe就jiu是shi筆bi者zhe最zui初chu做zuo高gao頻pin電dian路lu時shi

，在zai這zhe顆ke電dian容rong使shi用yong上shang遇yu到dao的de第di一yi個ge問wen題ti——AC耦合電容到底該放在哪。

 

這裏拿一個項目中常遇到典型的通路來分析。

 

 

圖1：AC耦合電容典型通路

 

在(zai)低(di)速(su)電(dian)路(lu)設(she)計(ji)中(zhong)，這(zhe)顆(ke)電(dian)容(rong)可(ke)以(yi)等(deng)效(xiao)成(cheng)理(li)想(xiang)電(dian)容(rong)。而(er)在(zai)高(gao)頻(pin)電(dian)路(lu)中(zhong)，由(you)於(yu)寄(ji)生(sheng)電(dian)感(gan)的(de)存(cun)在(zai)以(yi)及(ji)板(ban)材(cai)造(zao)成(cheng)的(de)阻(zu)抗(kang)不(bu)連(lian)續(xu)性(xing)
，實(shi)際(ji)上(shang)這(zhe)顆(ke)電(dian)容(rong)不(bu)能(neng)看(kan)作(zuo)是(shi)理(li)想(xiang)電(dian)容(rong)。這(zhe)裏(li)信(xin)號(hao)頻(pin)率(lv)2.5G，通道長度4000mil
，AC耦合電容的位置分別在距離發送端和接收端200mil的位置。我們看一下仿真出的眼圖的變化。

 

 

圖2：AC耦合電容靠近發送端的眼圖
 

 

圖3：AC耦合電容靠近接收端的眼圖

 

顯然
，這顆AC耦(ou)合(he)電(dian)容(rong)靠(kao)近(jin)接(jie)收(shou)端(duan)的(de)時(shi)候(hou)信(xin)號(hao)的(de)完(wan)整(zheng)性(xing)要(yao)好(hao)於(yu)放(fang)在(zai)發(fa)送(song)端(duan)。我(wo)的(de)理(li)解(jie)是(shi)這(zhe)樣(yang)的(de)，非(fei)理(li)想(xiang)電(dian)容(rong)器(qi)阻(zu)抗(kang)不(bu)連(lian)續(xu)

，信(xin)號(hao)經(jing)過(guo)通(tong)道(dao)衰(shuai)減(jian)後(hou)反(fan)射(she)的(de)能(neng)量(liang)會(hui)小(xiao)於(yu)直(zhi)接(jie)反(fan)射(she)的(de)能(neng)量(liang)，所(suo)以(yi)絕(jue)大(da)多(duo)數(shu)串(chuan)行(xing)鏈(lian)路(lu)要(yao)求(qiu)這(zhe)顆(ke)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遇到過這個問題
，查PCIE規範發現如果是兩個板通常放置在發送端上，此時還利用到了AC耦合電容的另外一個作用——過壓保護。比如說SATA，所以通常要求靠近連接器放置。

 

解決了放置的問題
，另一個困擾大家的就是容值的選取了。這樣說，我們的整個串行鏈路等效出的電阻R是固定的
，那麼AC耦合電容C的選取將會關係到時間常數（RC），RC越大

，過的直流分量越大
，直流壓降越低。既然這樣


，AC耦合電容可以無限增大嗎？顯然是不行的。

 

 

圖4：AC耦合電容增大後測量到的眼圖

 

同樣的位置，與圖3相比可以看出增大耦合電容後，眼高變低。原因是“高速”使電容變的不理想。感應電感會產生串聯諧振，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。推薦使用0402的封裝。

 

最後，解決了以上兩個問題，再從PCB設計上分析一下這顆電容的優化設計。實際在項目中，與AC耦合電容的位置、容值大小這些可見因素相比
，更加難以捉摸的是板材本身（包括焊盤的精度、銅箔的均勻度等）以yi及ji焊han盤pan處chu的de寄ji生sheng電dian容rong對dui信xin號hao完wan整zheng性xing的de影ying響xiang。我wo們men知zhi道dao，高gao頻pin信xin號hao必bi須xu沿yan著zhe有you均jun勻yun特te征zheng阻zu抗kang的de路lu徑jing傳chuan播bo
，如ru果guo遇yu到dao阻zu抗kang失shi配pei或huo者zhe不bu連lian續xu的de情qing況kuang時shi，部bu分fen信xin號hao會hui被bei反fan射she回hui發fa射she端duan，造zao成cheng信xin號hao的de衰shuai減jian，影ying響xiang信xin號hao的de完wan整zheng性xing。項xiang目mu中zhong，這zhe種zhong情qing況kuang通tong常chang會hui出chu現xian在zai焊han盤pan或huo者zhe是shi板ban載zai連lian接jie器qi處chu。筆bi者zhe最zui初chu涉she及ji的de高gao速su電dian路lu設she計ji時shi
，經jing常chang遇yu到dao這zhe個ge問wen題ti。

 

解決這個問題要從兩個方麵入手。首先在板材的選取上

，我們在應用中通常選用高性能的ROGERS板材
，羅傑斯的板材在銅箔厚度的控製上非常精確
，均勻的銅箔覆蓋大大降低了阻抗的不連續性；然後在消除焊盤處的寄生電容上，業內常見的辦法是在焊盤處做隔層處理（挖空位於焊盤正下方的參考平麵區域
，在內層創建銅填充），通過增大焊盤與其參考平麵（或者是返回路徑）之間的距離，減小電容的不連續性。在筆者的項目中多采用介質均勻
、銅箔寬度控製精確的ROGERS板材也有效提高了焊盤的加工精度。

 

 

 

通過仿真對比一下ROGERS板材做精確隔層處理前後的信號完整性。

 

 

圖5：做隔層處理前的TDR

 

 

圖6：做隔層處理後的TDR

 

圖5圖6對比
，發現未處理之前阻抗的跳躍很明顯，隔層處理後的阻抗改善很多，幾乎沒有任何階躍與不連續。

 

 

圖7：做隔層處理前的回波損耗

 

圖8：做隔層處理後的回波損耗

 

圖7圖8對比
，在用ROGERS板材做隔層處理之後
，相比未做隔層處理回波損耗下降到-30dB之內
，大大降低了回波損耗
，保證了信號傳輸的完整。

 

綜上
，想要搞定高頻電路中這顆“致命”的AC耦合電容
，不僅要做足電路設計上的功課，同時，選擇性能更好的高頻PCB板材料會讓你事半功倍。