正確理解AC耦合電容

在高頻電路設(shè)計中，經(jīng)常會用到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。看似簡單，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”，這顆電容沒有設(shè)計好，就可能會導(dǎo)致整個項目的失敗。因此，對高速電路而言，這顆AC耦合電容沒有優(yōu)化好將是“致命”的。

下面筆者依據(jù)之前的項目經(jīng)驗，盤點分析一下我在這顆電容的使用上遇到的一些問題。

*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(guān)于0軸對稱。既然是這個作用，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，在這顆電容使用上遇到的一個問題——AC耦合電容到底該放在哪。這里拿一個項目中常遇到的典型通路來分析。

在低速電路設(shè)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(xù)性，實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(xù)，信號經(jīng)過通道衰減后反射的能量會小于直接反射的能量，所以絕大多數(shù)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遇到過這個問題，查PCIE規(guī)范發(fā)現(xiàn)如果是兩個板通常放置在發(fā)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，那么AC耦合電容C的選取將會關(guān)系到時間常數(shù)（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。

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(yīng)電感會產(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(yīng)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。