如何妙用二極管減少寄生電容

提到二極管，大家最熟悉的就是二極管的單向?qū)щ娦?，反映伏安曲線上如圖1所示。當(dāng)正向偏壓U=0.5V(硅管)時，二極管開始導(dǎo)通，電流越大電壓越大，具有很低阻抗;當(dāng)加反向偏壓時二極管不導(dǎo)通，在一定范圍內(nèi)有很小的漏電流，具有很大阻抗。其這個單向?qū)щ娦?，也起到了開關(guān)的作用，所以在整流和開關(guān)方面都有廣泛的應(yīng)用。

圖1 二極管伏安特性曲線

二極管有一個參數(shù)，沒有單向?qū)щ娦阅敲磸V為人知，但是對電路設(shè)計的影響也至關(guān)重要，那就是“結(jié)電容”。

二極管參數(shù)—結(jié)電容

在一些高速場合，需要選結(jié)電容比較小的二極管;在某些場合，則需要利用這個結(jié)電容來達(dá)到特定的目的，比如壓控振蕩器(VCO)，正是利用了變?nèi)荻O管在不同的反向偏壓下有不同的電容值，從而達(dá)到電壓控制頻率的目的。

圖2 壓控振蕩器應(yīng)用電路-實例

在高速電路上，由于頻率越來越高，寄生電容的影響已經(jīng)不能忽視了。在系統(tǒng)中，這些不期望的電容來自方方面面，比如PCB的材質(zhì)、厚度、板層結(jié)構(gòu)、走線平行度，這些都是影響PCB板的寄生電容，還有元器件本身的寄生電容，最可惡的是這些東西還受環(huán)境溫度的影響。

圖3 寄生電容引起“振鈴”

難道就沒辦法對付它們了嗎?通過工程師們的不懈努力，發(fā)現(xiàn)這些影響是可以通過合理的電路設(shè)計來減少的。下面我們將討論下怎樣“利用二極管的電容特性來減小高速信號上的寄生電容”。

二極管妙用—減少寄生電容

首先，我們熟悉下二極管的電容特性：圖4所示的是IN4448HWS二極管的電容特性。零反向偏壓下，電容是3pF，隨著反向偏壓越來越大，結(jié)電容越來越小。

圖4 電容特性

在高速信號線上，通常會附加一些功能，這些功能通常會帶來不利的影響，如會產(chǎn)生很大的寄生電容，這個電容視具體的電路模塊而定。如果忽略這個電容，可能會影響這個信號的頻率。最不幸的是，就算您注意到了這個電容，由于附加的功能模塊產(chǎn)生的電容太大，似乎也無能為力。通用附件功能接入法如圖5所示：

圖5 通用附件功能接入法

為了減少信號線上的寄生電容，可以在附件功能的接入點處增加一個二極管，這個二極管必須節(jié)電容比較小的，通常選用小信號開關(guān)管，如果考慮到大電流問題，則需要慎重考慮選型問題。

圖6 正向接入法

正向接入方法如圖6所示，二極管接在信號線與附件功能模塊之間，這表示附加功能模塊使能時是高電平輸出的。另外，為了更大程度地減小寄生電容，通常使二極管工作在反偏壓狀態(tài)下，即UL 接至低電平。在附加功能模塊不工作，二極管處于最大反偏壓下，具有更小的節(jié)電容，信號線能夠工作在高頻狀態(tài)下，系統(tǒng)獲得更高的性能。

圖7 反向接入法

反向接入方法如圖7所示，與正向接入不同的是，二極管的正極接到信號線上，UH接至高電平。

不管正向還是反向接入法，其等效電路都如圖8所示。我們假設(shè)二極管的節(jié)電容為3pF，附件功能模塊寄生總電容1uF。如果電阻足夠大，那么可以忽略，此時就是兩個電容串聯(lián)，和電阻并聯(lián)類似，CT=C1*C2/(C1+C2)≈C1(C2較大)。大電容就算變化很大，串聯(lián)總電容幾乎等于小電容，即3pF，有效減小接入電容。

圖8 等效電路

以上運用是建立在二極管單向?qū)щ娦院洼^小節(jié)電容的基礎(chǔ)上。正向接入和反向接入只能是單方向的，不能解決所有情況，也就是說只能針對特殊的功能模塊。如果附加功能模塊需要雙向的，把圖6和圖7結(jié)合或許是不錯的選擇。