详细解析高速电路设计中耦合电容的重要性

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详细解析高速电路设计中耦合电容的重要性

相对于低频电路需要做复杂的电路匹配,高频电路结构相对简单,可简单

的结构往往意味着需要考虑更多的问题。拿最常见的 AC 耦合电容来讲,要么

在芯片之间加两颗直连,要么在芯片与连接器之间加两颗。看似简单,但一切

都因为高速而不同。高速使这颗电容变得不“理想”,这颗电容没有设计好,可

能会导致整个项目的失败。因此,对高速电路而言,这颗 AC 耦合电容没有优

化好将是“致命”的。

下面笔者依据之前的项目经验,盘点分析一下我在这颗电容的使用上遇到的

一些问题。

最开始要先明白 AC 耦合电容的作用。一般来讲,我们用 AC 耦合电容来提

供直流偏压,就是滤出信号的直流分量,使信号关于 0 轴对称。既然是这个作

用,那么这颗电容是不是可以放在通道的任何位置呢?这就是笔者最初做高频

电路时,在这颗电容使用上遇到的第一个问题——AC 耦合电容到底该放在哪。

这里拿一个项目中常遇到典型的通路来分析。

在低速电路设计中,这颗电容可以等效成理想电容。而在高频电路中,由于

寄生电感的存在以及板材造成的阻抗不连续性,实际上这颗电容不能看作是理

想电容。这里信号频率 2.5G,通道长度 4000mil,AC 耦合电容的位置分别在

距离发送端和接收端 200mil 的位置。我们看一下仿真出的眼图的变化。

显然,这颗 AC 耦合电容靠近接收端的时候信号的完整性要好于放在发送端。

我的理解是这样的,非理想电容器阻抗不连续,信号经过通道衰减后反射的能

量会小于直接反射的能量,所以绝大多数串行链路要求这颗 AC 耦合电容放在

接收端。但也有例外,笔者之前做板对板连接时遇到过这个问题,查 PCIE 规