为何射频电路中电容都是pF级别，电感都是nH等级？

1、在电路中串100pF相当于直连，这是为何？

依照下述容抗公式：

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 :

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。

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 :

温度稳定度 :

频率稳定度 :

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。

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。

8pF的IL为0.0385dB：

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 :

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。

再来看一下，多串了4pF电容后的IL：

因此整理如下：

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。

干货 一文搞懂二极管的电容效应、等效电路及开关特性

一、二极管的电容效应

二极管具有电容效应。它的电容包括势垒电容CB和扩散电容CD。

1.势垒电容CB(Cr)

前面已经讲过，PN结内缺少导电的载流子，其电导率很低，相当于介质;而PN结两侧的P区、N区的电导率高，相当于金属导体。从这一结构来看，PN结等效于一个电容器。事实上，当PN结两端加正向电压时，PN结变窄，结中空间电荷量减少，相当于电容"放电"，当PN结两端加反向电压时，PN结变宽，结中空间电荷量增多，相当于电容"充电"。这种现象可以用一个电容来模拟，称为势垒电容。势垒电容与普通电容不同之处，在于它的电容量并非常数，而是与外加电压有关。当外加反向电压增大时，势垒电容减小;反向电压减小时，势垒电容增大。目前广泛应用的变容二极管，就是利用PN结电容随外加电压变化的特性制成的。

2.扩散电容CD

PN结正向偏置时，N区的电子向P区扩散，在P区形成一定的非平衡载流子的浓度分布，即靠近PN结一侧浓度高，远离PN结的一侧浓度低。显然，在P区积累了电子，即存贮了一定数量的负电荷;同样，在N区也积累了空穴，即存贮了一定数的正电荷。当正向电压加大时，扩散增强，这时由N区扩散到P区的电子数和由P区扩散到N区的空穴数将增多，致使在两个区域内形成了电荷堆积，相当于电容器的充电。相反，当正向电压减小时，扩散减弱，即由N区扩散到P区的电子数和由P区扩散到N区的空穴数减少，造成两个区域内电荷的减少，、这相当于电容器放电。因此，可以用一个电容来模拟，称为扩散电容。总之，二极管呈现出两种电容，它的总电容Cj相当于两者的并联，即Cj=CB + CD。二极管正向偏置时，扩散电容远大于势垒电容 Cj≈CD ;而反向偏置时，扩散电容可以忽略，势垒电容起主要作用，Cj≈CB 。

二、二极管的等效电路

二极管是一个非线性器件，对于非线性电路的分析与计算是比较复杂的。为了使电路的分析简化，可以用线性元件组成的电路来模拟二极管。使线性电路的电压、电路关系和二极管外特性近似一致，那么这个线性电路就称为二极管的等效电路。显然等效电路是在一定条件下的近似。二极管应用于直流电路时，常用一个理想二极管模型来等效，可把它看成一个理想开关。正偏时，相当于"开关"闭合(ON)，电阻为零，压降为零;反偏时，相当于"开关"断开(OFF)，电阻为无限大，电流为零。由于理想二极管模型突出表现了二极管最基本的特性--单向导电性，所以广泛应用于直流电路及开关电路中。在直流电路中如果考虑到二极管的电阻和门限电压的影响。实际二极管可用图Z0112所示的电路来等效。在二极管两端加直流偏置电压和工作在交流小信号的条件下，可以用简化的电路来等效。图中rs为二极管P区和N区的体电阻。

三、二极管的开关特性

二极管正偏时导通，相当于开关的接通;反偏时截止相当于开关的断开，表明二极管具有开关特性。不过一个理想的开关，在接通时开关本身电阻为零，压降为零，而断开时电阻为无穷大，电流为零，而且要求在高速开关时仍具有以上特性，不需要开关时间。但实际二极管作为开关运用，并不是太理想的。因为二极管正向导通时，其正向电阻和正向降压均不为零;反向戳止时，其反向电阻也不是无穷大，反向电流也不为零。并且二极管开、关状态的转换需要一定时间.这就限制了它的开关速度。因此作开关时，应选用正向电阻RF小、反向电阻RR大、开关时间小的开关二极管。

续流二极管的作用如下：快恢复二极管主要用作续流二极管，与快速开关三极管并联后面带感性负载，如Buck，Boost变换器的电感、变压器和电机，这些电路大部分是用恒脉脉宽调制控制，感性负载决定了流过续流二极管的电流是连续的，三极管开通时，续流支路要截止以防短路，下面例子给出了三极管与续流二极管的相互作用。

图1是简化的Buck电路。其输出电压Vout低于输入电压Vin。图2是T1的控制信号和T1，D1的电压、电流波形。有源器件T1，D1的开通关断相位如下：

T0时刻T1有开通信号。输入电压Vin加在L，Cout的串联支路，使iL线性增加。电感L和Vout决定电流，过一段时间后控制器使T1关断，在断续工作时，电感L储能(W=0.5LiL2)通过续流支路传送到Cout。在t2时刻T1再次开通，整个过程重复。

二极管的开关过程可分为四部分:

A.T1导通时二极管阻断;

B.阻断到导通时间;开通;

C.T1关断，二极管导通;

D.导通到关断瞬间;关断。

A. 阻断MOFET导通时，二极管两端的反压是Vin。与所有的半导体一样，二极管的阳极到阴极有一个小电流(耐电流IR)，漏电流由阻断电压，二极管芯片工作温度和二极管制作技术决定。反向电压导致的总功率损耗是：PSP=VIN·IR

B. 开通三极管T1关断瞬间，电感电流iL保持不变。二极管两端电压逐渐减小，电流逐渐上升。D1的电流上升时间等于T1的电流下降时间。关断时在pn结存储的大量电荷被载流子带走，使得电流上升时pn结的电阻减小，二极管开通时有电压尖峰，由芯片温度、-diF/dt和芯片工艺决定。

正向电压尖峰与反向电压相比很小(

计算出来的损耗只是近似值，因为VTO和rT随温度变化，而给出的只是在一定温度下(TVJM的参考值。

D. 关断与通态特性不同，高频应用时二极管的选择是否合适主要取决于关断特性的参数，三极管开通时，电流IF的变化率等于三极管电流上升率di/dt。如果使用MOSFET或IGBT，其-diF/dt很容易超过1000A/μs。前面提到，二极管恢复阻断能力前必须去除通态时存储在pn结的载流子。这就会产生反向恢复电流，其波形取决于芯片温度、正向电流IF，-diF/dt和制造工艺。

图4是正向特性相同的金掺杂和铂掺杂外延型二极管不同温度下的反向恢复电流。

相同温度下不同制造工艺的二极管的反向恢复特性明显不同。

铂掺杂二极管反向恢复电流的减小速度很快(图5(b))，可控少数载流子的金掺杂二极管的恢复特性较软(图5(a))。

恢复电流减小得很快，线路中分布电感导致的电压尖峰越高。如果最大电压超过三极管的耐压值，就必须使用吸收电路以保障设备的安全工作。而且过高的du/dt会导致EMI/RFI问题，在RFI受限的地方要使用复杂的屏蔽。

二极管的反向恢复电流不仅会增加二极管的关断损耗。还会增加三极管的开通损耗，因为它也是二极管的反向电流。图6(a)和(b)表明三极管开通电流是电感电流加上二极管的反向恢复电流，而且开通时间受trr影响会增大。

图6(a)和(b)重点说明软恢复特性时低恢复电流的好处。首先，软恢复特性的金掺杂二极管的电压尖峰较小和反向恢复电流较小。因此二极管有低关断损耗。其次，低反向恢复电流可减小三极管的开通损耗。因此，二极管的选择直接决定了两个器件的功率损耗。

来源：TI模拟论坛、KIA半导体官网

相关问答

单线图rf什么意思?

在单线图中,“RF”通常代表“法兰连接”(RaffleFlange)。法兰是一种盘状零件,通常与管道、设备、阀门等连接,用于固定和密封。在单线图中,当看到“RF”标...

rf单位是什么?

RF是RadioFrequency的缩写,意为射频,是一种电磁波,其频率在300kHz到300GHz之间。射频技术在通信、广播、雷达、医疗和科学研究等领域都有广泛的应用。在射频...

功放电容电压的选择?

功放滤波电解的耐压值应该大于电源变压器次级电压的1.414倍或以上,才能保证电路的工作安全。电容器如果多个并联会降低其容抗,是比较好的选择,但是有一点,比...

天线与射频管串接的电容甚么作用?

EMI/EMC设计经验总结电容1、电容的利用:(1)电容在电源上的主要用处:去耦、旁路和储能。(2)电容的使用可以解决很多EMC问题。2、电容分类:(1)按材...EMI...

rffilter的原理?

RFfilter的原理是基于频率选择性,通过选通或者抑制不同频率的信号来实现滤波的效果。它通过不同的电路结构和元器件的组合,如电容、电感、共模电容等,来实现...

电饭锅中的RF220V10A185摄氏度，的东西是什么?

这个东西是名字叫“温度保险”,在电饭锅小型变压器上的高压绕组绝缘层内部可见,不过变压器内部的形状像瓷片电容,电饭锅上的想个电阻,上面写的有额定电压和...

我想咨询一下新生儿用什么样的碘酒擦肚脐

[回答]你好,碘酒和碘伏都有消炎抑菌的作用所以都可以应用。但要保证药物的有效期、浓度、和质量,是否正规厂家的。注意观察脐带根部情况,应保持清洁、干燥...

肛门周围肿胀，有硬块是怎么回事_千问健康

主要症状:肛门周围肿胀,有硬块,时疼时不疼发病时间:两周前化验检查结果:

10我的世界拔刀剑村雨真的那么厉害吗?

村雨需要利用热力膨胀的设施(能量灌注机或rf电容)充能后利用能量启动才能发挥最大威力,启动后战斗评分锁定在s以上,输出爆炸,自带技能为拔刀斩,几百只怪就是...

什么是RF技术支持工程师?-最最最最牛逼逗小心的回答-懂得

表示R1和Rf并联后的电阻,相当于R'=R1*Rf/(R1+Rf)如果是3个电阻以上并联,就是R'=R1//R2//R3//...,用常规的数学公式就很复杂了就是射频工程师下面.....