二极管在电路中一般用于整流，反接保护，隔离，硬件工程师在进行二极管选型时，一个重要的考量点就是二极管的反向耐压能力。基于可靠性设计的考虑，我们在进行二极管选型时，反向耐压要留有一定的余量，那么余量留多大会比较合适呢？正常来说，一个标称反向耐压200V的二极管，一般很容易想当然地认为180V的反向电压不会损坏二极管，但是事实上二极管的反向耐压值并不是恒定的。二极管的反向击穿1.反向击穿类型当二极管两端反向偏置施加足够大的电压时，二极管就会击穿，从而使器件开始反向导通。所谓二极管的击穿电压是发生这种情况的最小施加电压，二极管的击穿类型有两种，一种是雪崩击穿，一种是齐纳击穿，一般的二极管掺杂浓度没这么高，反向电压过大时超过二极管反向耐压时，都是雪崩击穿。齐纳击穿大多出现在特殊的二极管中，如稳压二极管，接下来我们就说说普通二极管的反向击穿电压特性。2.反向击穿随温度变化的特性二极管击穿的特点是由于雪崩效应导致电流呈指数增加，其中加速的电荷载流子有足够的能量通过与束缚电子的撞击形成更多的电荷载流子。击穿电压值并非是恒定的，而是会随着温度发生变化，雪崩击穿是具有正温度系数的特点，这意味着二极管的击穿电压会随着温度的降低而降低。击穿电压的降低意味着可以在较低的反向电压下实现击穿。所以我们在规格书中看到二极管的反向电压值，一定要注意确认此电压是在工作温度全范围，比如说-40℃到175℃中规定的反向耐压，还是只限于25℃的反向耐压。一般来说都是后者。这就意味着规格书中只告诉了你25℃的反向耐压，你还需要考虑低温情况比如-40℃时二极管的反向耐压降低了多少？比如如果二极管25℃时耐压为200V，-40℃时耐压下降到了170V，那么二极管在低温时就会被180V的反向电压击穿损坏，这也是为什么产品需要做各种的高低温环境试验，原因就是电子元器件的电气特性会随温度变化而变化，所以二极管选型，一定要注意反向耐压随温度变化是怎么变化的。

ESD（静电放电）对于半导体器件来说危害极大，ESD的电压远高于半导体结的击穿电压，因此硬件工程师在应用芯片进行电路设计时需要关注芯片的ESD保护电路。通常，所有信号引脚，无论是信号输入引脚还是信号输出引脚，都需要考虑ESD保护，以防止静电放电事件期间发生的过电压。一般这种ESD保护是通过在信号输入引脚和信号输出引脚上添加ESD保护二极管来实现的。比如对于输入引脚，IO口一般会有钳位二极管，这些二极管从信号输入引脚连接到正电源电压引脚，并从信号输入引脚连接到负电源电压引脚：像MCU芯片有几十个甚至数百个引脚。一般来说封装上的每个信号引脚通常在MCU芯片中内置有ESD钳位二极管，需要注意的是这是常规做法，有些芯片厂商为了节省成本，可能没有内置ESD钳位二极管，这样就会导致芯片的ESD防护能力大大降低，因此我们在进行芯片选型的时候，务必要和厂家确认芯片内部到底有没有ESD钳位二极管，少了ESD钳位二极管能节省厂家不少的成本，所以MCU芯片选型可别只图便宜。注意事项1.注入电流问题以输入引脚为例，有时候输入引脚的电压可能会高于芯片供电的电源电压，此时就会导致持续有电流注入芯片的IO口，这个注入电流不能过大，一般芯片规格书中会有说明，一般建议单个IO的最大连续注入电流不能超过2.5mA，所有IO的最大连续注入电流总和不能超过25mA，大家以规格书为准。2.ESD保护能力问题芯片内部集成的双二极管其ESD防护等级是有限的，如果我们需要更高的ESD防护等级，有时候就需要采用外部二极管和电阻来实现。当输入信号电压超过芯片VDD电压导致芯片内部ESD二极管正向偏置，电流就会通过ESD二极管流入VDD电源，并会在电阻R1上产生压降，那么外部二极管的阳极上的电压就会比内部ESD二极管阳极上的电压更高，从而外部二极管会导通并承载大部分电流。电阻R2的选型可以基于实际的输入电压的峰值来选择，R2电阻主要是限制流经外部二极管的电流。如果信号是高频信号，那么外部二极管应选择具有低寄生电容的型号，一般而言，二极管通流能力越强，封装越大，其寄生电容也越大，所以二极管的过流能力并不是越大越好，还是要按需选择。

基于二极管的反向截止特性，二极管经常被用作隔离管，也就是把两个信号源隔离开来，避免互相之间的影响，这也是常规做法，一般我们在某个电路中希望用多个信号驱动同一开关时，一般会给每个信号源串联一个二极管来做隔离，从而避免信号源之间出现潜在通道互相影响。当然这个信号源你也可以理解成电源，比如有些产品需要外接电源和电池双电源进行供电，成本比较低的一种方案就是用两个二极管串联来做双电源供电的方案。前段时间在做一个项目的时候，当时电路中有一个MOS管采用了双信号源驱动，然后在MOS的栅极就采用了双二极管隔离，实际的电路是比较复杂，为了便于讲解，就简化成了下面的电路，最终的结果是12V电源和MOS管栅极反向串联了一个二极管，本以为MOS管是不会导通的，但是MOS管居然导通了，接下来就分析一下这个问题。问题剖析二极管两端加上反向电压时，二极管PN结内部的少数载流子的会存在漂移运动，而这个漂移运动就形成了反向电流。一般小功率锗管的反向电流可达几十μA，而小功率硅管的反向电流要小得多，一般在0.1μA以下，当温度升高时，少数载流子数目增加，使反向电流增大，特性曲线下移，研究表明，温度每升高100℃，反向电流近似增大一倍。对于肖特基二极管来说其漏电流会更高。一般小型肖特基二极管来说通常在μA级别，功率较大的肖特基二极管其漏电流可以达到mA级别，这已经是一个很大的量级了。那么回到我们的问题，即使MOS管栅极反向串联了一个二极管，在高温状态下，二极管的反向漏电流无需达到1mA，即便只是达到100μA，这就相当于一个100μA的电流源一直在给MOS管的栅极-源极寄生电容充电，把MOS管栅极-源极电压充至开启电压只是时间问题，所以MOS管肯定会导通的。总结通过以上分析，能发现，二极管的隔离并非是绝对的隔离，在一些特殊的场景之下，是达不到我们的预期隔离目的。

二极管的反向饱和电流Is是指在反向偏置条件下，当电压足够大但未达到击穿时，二极管中由于热激发的少数载流子产生的微小电流。对于硅二极管，Is通常在皮安到纳安级别，锗二极管则稍大。反向饱和电流随温度升高而显著增加，大约每升高10°C，Is翻倍。 反向偏置时，Is表现为二极管的漏电流。尽管数值很小，但在高精度电路，如传感器放大器、模拟信号处理电路中，这种漏电流可能导致误差积累，影响信号的准确性。 特别在高温环境下，反向漏电流的增大可能导致电路性能漂移，例如在整流器或稳压电路中，漏电流可能降低效率或影响输出稳定性。

二极管是一种最简单的半导体器件之一。它由两种不同类型的半导体材料（通常是硅或锗）组成，形成一个PN结。在二极管中，当正电压施加到P区域，负电压施加到N区域时，会形成电场，使得电子从N区域向P区域流动，同时空穴从P区域向N 区域流动。这种流动只会在一个方向上发生，因为二极管只允许电流在一个方向上流动，这被称为正向偏置。当施加反向电压时，二极管将阻止电流通过，这被称为反向偏置。相信二极管的反向偏置特性大家已经很熟悉了，那么问题来了，既然二极管有反向偏置特性，那么当二极管阴极接12V，阳极悬空，用万用表能在阳极量到12V电压吗？大家的第一反应一般是二极管都反向截止了，而且阳极又悬空了，那肯定量不到电压啊，一开始我也是这么想的，后来发现答案却是相反的。搞硬件一定要搞清楚一些基本的问题，要有打破砂锅问到底的精神，接下来就剖析一下这个问题。问题剖析先聊聊二极管反向饱和电流这个概念，当我们在二极管的PN结加上反向电压时，那么二极管内部的少数载流子的漂移运动形成反向电流。但是呢，少数载流子从它的名字就能看出来这玩意数量特别少，并且呢在一定温度下它的数量基本维持不变，因此，当反向电压在一定范围内增大时，反向电流的大小基本恒定，而与反向电压大小无关，故称为反向饱和电流。所以千万别认为二极管反接了，就把电流百分百地截断了，实际上还是有漏网之鱼的，这个电流的大小和二极管的类型也有关系，一般普通二极管比较小，肖特基二极管比较大。那么疑问又来了，这反接电流不是很小吗，回到一开始的问题，当二极管阴极接12V，阳极悬空，很小的电流会影响我用万用表在阳极量到12V电压吗？直接说答案吧，并不会。举个例子，你把二极管看作是一个阻值很大的比如MΩ级别的电阻，这个电阻会影响你用万用表在阳极量到12V电压吗？答案很明了，并不会。当然了，以上的解析是从二极管有反向偏置电压，存在反向偏置电流的角度解释的，但是我们最开始的问题是二极管阳极悬空，阳极悬空就没有电流流动，还能解释得通吗？当然可以，我们一定要理解的一个概念二极管的反向截止靠的不是内部的绝缘来实现的，靠的是内部的PN结反偏来实现的，所以二极管更像是一个可变电阻器，无论是反偏，还是一端悬空的时候，它的阻值只是比较大而已，并不是绝对的绝缘了。总结通过以上分析，当我们把反偏的二极管等效成阻值比较大的电阻，那么二极管阴极接12V，阳极悬空，用万用表当然能在阳极量到12V电压哦。

电解电容的防爆阀是一种安全设计，用于防止电容因内部压力过高而爆裂，尤其是在铝电解电容中常见。电解电容内部使用液体电解质，在异常情况下，如过压、过温、过流或老化，电解液可能分解产生气体，导致内部压力升高。防爆阀可以在压力达到一定阈值时打开，释放气体，避免电容外壳爆裂。防爆阀的触发能防止电容爆炸或起火，保护电路和设备的安全。

如果我们观察电解电容的顶部，就会发现电解电容顶部会有十字、K字和Y字不同样式开槽，这其实是电解电容的防爆阀，顾名思义，防爆阀是为了应对电解电容爆炸而在电解电容外壳上设计的一种特殊结构，但是防爆阀能防止电解电容爆炸吗？答案是不能的，它的作用是用于在电容内部发生异常情况时释放压力或阻止火焰蔓延，从而防止电解电容爆炸或者线路板起火的发生。常见的防爆阀设计包括十字、K字和Y字等。一旦电解电容爆炸，防爆阀会首先开裂，并且会从这释放出大量的气体，看起来像白烟，这其实是电解质蒸气，由于从这里逸出的气体温度将超过 100°C，所以硬件工程师调试板子的时候千万要注意，别搞反了电解电容的极性，不然板子上电后吓到事小，毁容事大呀。防爆阀的类型1.十字型防爆阀：这种设计在电容外壳上形成一个交叉的十字纹路。2.K字型防爆阀：K字型防爆阀是在电容外壳上形成K字形的纹路，类似于一个大写字母“K”。3.Y字型防爆阀：Y字型防爆阀的设计类似于一个大写字母“Y”，在电容外壳上形成Y字形的纹路。当电容内部压力过高时，外壳会沿着这些纹路裂开，这些纹路会起到释放压力或阻止火焰在线路板上蔓延的作用，确保线路板以及产品的安全。防爆阀的存在是为了确保可能的压力释放，并避免电容器因内部压力而爆炸，一般而言，在设计线路板外壳时，防爆阀和外壳至少留有3mm的空间，因为如果空间过小，电解电容爆炸后其内部的电解液会在线路板上炸裂开来，可能导致某些线路短路，从而使产品失去功能。导致电解电容爆炸的原因1.过大电压施加高于额定电压的电压会引起阳极箔的化学反应（形成电介质）导致漏电流迅速增加,从而产生热量和气体,内部压力因此也会升高。这种化学反应会随着电压,电流,环境温度的升高而加快。随着内部压力增加,电容器会开阀或损坏失效。也可能会导致电容器容量降低,损失角和漏电流增加,从而会导致电容器短路。2.反向电压施加反向电压会导致阴极箔发生化学反应（形成电介质），并且与过电压的情况一样，泄漏电流会随着热量和气体的产生而迅速增加，从而导致内部压力增加。小至1V的反向电压都会导致电容减小。2至3V 的反向电压会因电容减少、tanδ 增加和/或漏电流增加而缩短使用寿命。更高值的反向电压可能会打开泄压孔或导致破坏性故障。3.浪涌电压浪涌电压是指电解电容短时间内可以承受的过电压，大概是额定电压的1.15倍，过大的浪涌电压可能会导致电解电容损坏。4.纹波电流纹波电流过大导致电解电容温度快速上升，当温度超过了电解电容的工作温度范围时，从而导致电解电容内部产生大量气体，最终导致电解电容爆炸。为什么有的电容没有防爆阀一般而言，只有含有电解液的电解电容才需要防爆阀，因为电解液可能会因为温度的缘故气化并产生压力。像钽电容内部不含电解液，就不需要防爆阀了。另外一些小型的电解电容器，比如直径6.3毫米的电解电容也可能没有防爆阀，因为尺寸太小，一方面比较难在上面做一个可靠的防爆阀，另外一方面，尺寸小，即使爆炸了，危害也小，一般不会造成危险。

电解电容的寿命主要受其工作条件和内部结构影响，尤其是铝电解电容，因为其使用液体电解质，寿命有限，影响寿命的主要因素有温度，纹波电流，工作电压。 温度是影响电解电容寿命的最重要因素。温度每升高10°C，寿命通常减半，遵循“阿伦尼乌斯法则”。例如，标称2000小时@105°C的电容，在85°C下可能寿命延长至8000小时。纹高纹波电流会导致电容内部发热，加速电解液挥发，缩短寿命。纹波电流超过额定值时，寿命会显著下降。长时间在接近或超过额定电压下工作会加速电解液击穿，降低寿命。

记得刚毕业的时候，一般电子元器件，比如电阻，MLCC这些器件规格书中都不会标示器件的寿命，但是打开电解电容的规格书一看，里面写了电解电容的寿命，有1000小时的，2000小时的，6000小时的，当时就觉得好奇，2000小时换算成天数也就83天，什么产品寿命这么短，用83天就报废了？现在想来，有些好笑呀。接下来就聊聊什么是电解电容的使用寿命，以及如何正确的理解，计算电解电容的使用寿命吧。电解电容的使用寿命的定义首先什么是电解电容的使用寿命呢？超过了电解电容的使用寿命会发生什么呢？有些人会觉得超过电解电容使用寿命电解电容是不是会开路，短路什么爆炸呀？这你就想多了，电解电容在正常使用期间，其电容值，损耗角，漏电流会随着时间增加发生变化，当电容值，损耗角，漏电流与初始额定值相比发生的变化量均未超过一定范围时，此时对应的电解电容已经工作了的时间就认为是电解电容的寿命。比如下面这款电解电容，有5种寿命类型，以2000hrs的寿命类型为例，这意味着这款电容在额定电压以及125℃温度下，其电容容值相对于其额定值变化量不超过30%，损耗角相对于其额定值变化量不超过300%，漏电流不超过其初始值，如果电解电容在连续工作2000hrs仍能满足这些条件，就认为寿命是2000hrs，当然了这里说的满足是批量性的满足，意味着2000hrs类型的电容都能满足这些条件。电解电容的使用寿命的计算1.电解电容器的寿命计算的理论依据是Arrhenius方程，通过这个方程我们可以看出影响电解电容寿命的因素：电容自身的材料，温度等影响。2.基于Arrhenius方程，推导得到了电解电容的寿命估算公式：L=Lr×KT×KR×KVLr为电容供应商能够保证的基本时间KT为温度影响因子；KR为纹波电流影响因子；KV为工作电压影响因子（不同厂家，这个值是不一样的，具体需要和厂家确认，所以此处我们暂不考虑）从而得到以下的公式：T0:电容额定最大工作温度（电解电容规格书中有）T：电容实际工作温度（可以按产品的实际最大环境温度评估）K:纹波加速系数，一般取2I:实际纹波电流（开关电源的话有对应的纹波电流计算公式）I0：额定纹波电流（电解电容规格书中有）ΔT0：表示电容允许的额定纹波电流下导致的电容温升（电解电容规格书中有）3.上面的电解电容估算公式过于复杂，如果电解电容没有用在开关电源等会导致电解电容中出现较大纹波电流的电路中，那可以使用下面的简化公式：大家实在不想自己算的，可以在线计算，这里推荐一个比较好用的电解电容寿命在线计算网站：实例分析举个例子，例如某电解电容在最大温度为105℃时，寿命为2000小时。根据计算公式，如果电解电容实际工作的最大温度是60℃，可以计算出其工作寿命是：2000*2^(105-60)/10≈45254H≈1885天≈5年但是事实上我们在进行产品设计的时候一般是基于产品的使用寿命进行电解电容选型，比如我们的产品设计寿命是3年，也就是26280小时，我们就可以通过以上公式计算出电解电容的最大允许温升：10*log2(26280/2000)=37.3℃，如果电解电容的最大额定温度为105℃，那么电解电容的实际工作温度不能超过105℃-37.3℃=67.7。

电解电容的ESR指电容器在实际工作时表现出来的串联电阻成分。它是电解电容的一个重要参数，直接影响电容器的性能，尤其是在高频电路中。ESR并不是一个物理电阻，而是电容器内部各种损耗，如电极电阻、电解液电阻和介质损耗等的等效值。它会导致电容器在通过交流电流时产生额外的功耗和发热，同时也会影响电路的滤波效果和稳定性。 电解电容ESR的特点： 频率：ESR通常随着频率的增加而减小，但在非常高的频率下可能会因寄生效应而变化。 温度：温度升高时，电解液的电阻会减小，ESR通常会降低；但长期高温可能导致电解液挥发，使ESR增大。 老化：电解电容使用时间长了，电解液可能干涸，ESR会显著增加，导致性能下降。

硬件工程师在进行电解电容器选型时，除了电解电容的容值，公差，额定电压，工作温度范围之外，有时候还需要考虑电解电容的ESR参数，因为当电路中纹波电流比较大的时候，ESR会导致电解电容自发热，从而严重影响电解电容的寿命，但是奇怪的是电解电容规格书中居然没有直接给出ESR（等效串联电阻）的参数，反而是提供了损耗角参数，记得刚开始搞硬件的时候，看到这个参数也是一脸懵，这是为啥呢？电解电容的损耗角 VS ESR电解电容器的ESR是由电解液和电极之间的电阻、电极的接触电阻以及导体材料的电阻等多种因素共同决定的。通常会随着频率、温度和电容器的使用寿命而变化。个人认为，一方面电解电容厂家可能觉得电解电容厂家可能觉得电解电容的ESR相比MLCC的ESR实在是不可同日而语，所以搞了个高大上的参数损耗角，你觉得呢？另一方面如果只是提供一个固定的ESR值可能并不准确，也无法完整地描述电容器在各种频率下的性能，相比之下，损耗角（tanδ）参数提供了更全面的信息，因为它不仅考虑了电容器的电阻性能，还考虑了电容器的电介质损耗。可以帮助硬件工程师评估电容在不同频率下的性能表现。当然了，规格书中没有直接给出电解电容的ESR，我们也可以基于电解电容规格书中的现有参数通过计算来得到电解电容在不同频率下的ESR参数。电解电容ESR的计算1.计算公式ESR=损耗角/2*π*f*C2.规格书中一般会给出电解电容在100KHz下的阻抗值，基于阻抗值，我们可以计算出100KHz下的损耗角：tanφ_100KHz=Z_100KHz*2*π*100KHz*C3.假设120Hz~100KHz频率范围内，损耗角和频率呈线性变化，也就是斜率一定，就可以计算出斜率参数:斜率=（tanφ_100KHz-tanφ_120Hz）/（100KHz-120Hz）规格书中会给出120Hz的损耗角：4.任意频率下的损耗角可以计算为：tanφ_f=tanφ_100KHz-斜率*（100KHz-120Hz-f）5.规格书会给出-40℃和20℃的阻抗比，基于此可以计算出任意频率下的ESR：ESR_f=tanφ_f*阻抗比/2*π*f*C

陶瓷电容的老化是一个常见现象，特别是在使用高介电常数，如ClassII类型，例如X7R、X5R、Y5V等的陶瓷电容时。老化会导致电容值随时间逐渐下降，影响电路性能。 有趣的是，陶瓷电容的老化是可以“重置”的，比如通过加热将电容加热到居里温度以上，通常150°C左右，具体取决于材料，保持一段时间后冷却，会恢复其初始电容值，但随后老化又会重新开始。在焊接过程中，如回流焊，电容通常会经历高温，这会重置老化，因此老化时间常从焊接后重新计算。

一个电路板在工作多年后，其上的100nF的电容容值经测量为什么仅有80nF？为什么用烙铁一烫，电容容值就恢复了？原因何在？今天就说说和MLCC陶瓷电容密切相关的一个名词：老化。老化是II类和III类MLCC的电容随着时间的推移而减小的现象，它是由于所有II类电介质（X7R、X5R和Y5V）中发生的晶体变化而导致电容随着时间的推移而减小。所以我们在使用II类电介质的电容时务必要小心，因为其容值受温度，电压，时间影响太大。老化的机理II类MLCC由铁电材料制成，你可以想象一下，II类电容的电介质材料内部有很多电偶极子组成，这些电偶极子是有方向的，电容的容值会受到电偶极子排列方式的影响。而电偶极子排列方式又会受到时间、温度、电压的影响，从而会影响电容的介电常数。对于X7R和X5R电容，时间对容值的影响是对数关系，X7R的电容时间每增大10倍，电容容值将会降低2.5%，而对于Y5V的电容，时间每增大10倍电容容值将降低7%。电容的老化是和温度息息相关的，BaTiO3有一个温度点叫做居里温度，这个温度点是BaTiO3晶体特性发生转变的临界温度，简单点来说，低于居里温度点，电容就会发生老化，从而电容器的电容会不断减小。但是，如果将电容器加热到高于居里温度的温度点，电容就会发生去老化，并且会恢复因老化而损失的电容。总结电容容值随时间下降是对数关系，在对电容进行去老化后，电容容值在去老化的前1000小时内下降最为显著。在此之后电容容值会比较稳定，尽管如此，从产品可靠性的角度来看，目前产品的寿命一般都会超过1000小时，所以在进行电容选型时，还是要仔细考量。应该注意的是，电容在贴装在电路板上后存放的时间越长，电容容值就越低。这意味着在此时如果测量电容容值，电容容值可能会超出规定的公差。所以此时需要用烙铁烫一下再去测量电容容值才更准确哦。

在板级电源分配网络设计中，频率范围通常从100kHz到100MHz是一个常见的经验范围，但具体的设计需求确实会因产品而异。这个范围的选择主要与电路中电源噪声的频率成分以及负载（如MCU、FPGA等）的动态电流需求有关。 MCU的时钟频率决定了其开关的速度，而每次开关都会引起电流的快速变化。这些快速变化会在电源网络中产生高频噪声。时钟频率越高，噪声的频率成分也越高。 通常，数字电路的电流需求不仅包含基频（即MCU的时钟频率），还包括其谐波成分。根据傅里叶分析，一个方波信号（如时钟信号）的频谱包含奇数倍的谐波（3倍、5倍、7倍等），其中5倍频率通常被认为是一个关键点，因为它涵盖了大部分对电源完整性有显著影响的能量。超过5倍后，谐波的幅度通常会显著衰减，对PDN设计的影响变小。 所以选择5倍作为一个经验值，也是为了在设计中留有余量，确保PDN在较高频率下仍能保持低阻抗，从而抑制电压波动和噪声。如果只考虑基频或较低倍数，可能无法充分应对高速开关带来的瞬态效应。

关于电容，经常听到的一个名词就是“去耦”，也有听过“旁路”的说法，个人觉得没必要太纠结这两个的区别，简单点来说，去耦侧重于既隔离开电源->IC的干扰，又隔离开IC->电源的干扰，旁路主要侧重隔离开电源->IC的干扰。关于去耦电容容值的问题，很多硬件工程师常说无脑放100nF就够了，没出过问题，仿佛100nF去耦电容成了万能药，原因其实是当电路的时钟速度较低或者电路的噪声容限较高时，对去耦电路的要求不高所以一般不会出问题。然而，当涉及到具有高时钟速度、产生大量噪声或对噪声非常敏感的集成电路（IC）时，IC自身会对电源线上的波动更为敏感，或者它们自身可能会产生更多的噪声，此时去耦电路的设计选型就需要慎重。这种更复杂的去耦电路可能包括多个不同类型和大小的旁路电容器，以及其他的滤波器和电源噪声抑制技术。设计这样的去耦电路需要考虑到IC的工作特性、电源线上的噪声频谱以及电路的布局和连接方式等因素，以确保有效地降低噪声并提供稳定的电源给IC。实例分析1.确定芯片的最大瞬态电流基于C-MOS的数字IC里面会有很多门电路，当这些门电路在进行开或关切换时，MOS的栅极会有电流充放电，VDD和GND之间也会存在短暂的直通电流，电流急剧变化会造成电源电压变化，因此首先要确定芯片的最大瞬态电流。但是大家肯定发现了，一般IC手册里不给这个参数啊，那咋办？大公司的硬件工程师这个时候可以找原厂去要，小公司的硬件工程师那就只能估算了，手册中一般会给出芯片工作的最大电流，这个最大电流里有多少是瞬态电流呢？我们不知道，那就常规做法按50%去估计。2.评估被去耦IC能接受的电源电压波动容限，也就是电压纹波也就是你选的这款IC如果是3.3V电压供电，它能接受多少的电压波动能够稳定工作呢？需要查阅对应的IC手册，需要注意的是如果某个IC允许10%的电压波动，导致电压波动的因素会有很多，比如稳压电源的精度3%，噪声2%。所以你得把这些都减掉，剩下5%的才是留给瞬态电流导致的电压纹波的。3.基于芯片的最大瞬态电流和电源电压波动容限计算电源网络的阻抗的上限值Z=ΔV/I，Z是我们的设计目标阻抗。4.确定去耦的频率范围板级电源分配网络设计的频率范围约从100kHz到100MHz，不同的产品需求不一样，需要根据自己的需求来定。或者你可以根据自己产品的MCU时钟频率来估算也可以，也就是5倍的时钟频率，为什么是5倍呢？这里不展开了，篇幅太多，以后讲到高速再细说，感兴趣的老铁可以自己先查查。5.基于以下公式计算电容容值C=1/2*π*f*Z6.基于回路中的等效电感校核当前选型的电容是否符合实例说明IC是3.3V供电，设计可接受的瞬态电流导致的电压纹波5%，最大瞬态电流100mA，去耦的频率范围100kHz~100MHz。1. 首先计算一下目标阻抗：Z=3.3*5%/0.1=1.65Ω2. 100kHz时，目标阻抗计算对应的电容容值如下：C=1/2*3.14*100*1.65≈1uF3. 1uF的电容够了吗？够不够得通过计算来说明因为电容在充当去耦的角色时，电容到IC之间会有走线，过孔，再叠加电容自身的ESL，从而影响电容的等效谐振频率点，电容自身的ESL可以通过手册查，板上走线的等效电感，过孔的等效电感都应对应的计算公式，这里也不展开了，通过以上分析我们可以计算得到电感到IC之间的环路电感L，假定是1nH，那么我们就能计算得到这个电容能起作用的最大有效频率点：f=1.65Ω/2*3.14*1nH≈262MHz这就说明了目前的设计是可以满足要求的，当然了如果计算出来的f小于100MHz，那么我们就需要采用并联电容的方法，通过减小ESL来提高f。

我们常规的芯片比如MCU，CAN收发器驱动IC等的电源引脚需要连接去耦电容器，目的是满足芯片内部瞬时电流的需求，从而降低电源线的噪声，从而提高电源完整性。大容量电容器在提高较低频率，比如几百KHz的电源性能方面发挥着重要作用。当然我们也可以通过使用并联多个电容来达到相同的效果。但是如果从低频领域跨入高频领域，一般容值较高的电容因为自身ESL的影响，其频率响应会比较迟缓，这时我们就需要并联多个MLCC陶瓷电容。这样可以降低ESL和ESR，同时又增加了总的等效电容容量。并联电容的容值需要不同吗首先需要明确的是使用多个电容并联实现去耦功能时，使用相同容值的电容和使用不同容值的电容的组合时，去耦效果是不同的，那么如何选择呢？1.相同容值的电容并联方案首先，如果采用3个100nF的电容进行并联，那么等效的电容容量为300nF，等效的ESL和ESR仅为单个电容的三分之一，对应的等效后电路的电容自谐振频率点没变，但是对应的阻抗会降低。举个例子，如果100nF电容的自谐振频率点是10MHz，并联3个100nF电容的自谐振频率点依旧是10MHz，对于超过10MHz的频率范围作用就不明显了。2.不同容值的电容并联方案如果采用1nF,100nF,1uF并联，等效的电容容量，等效的ESL和ESR也会普遍降低，但是对应的等效后电路的电容自谐振频率点也发生了变化。大电容器的自谐振频率较低，小电容器的自谐振频率较高。当大、小电容器的理想电容容抗与理想电感感抗匹配时，发生谐振。并联电容器组合的自谐振频率与各自电容器的自谐振频率相同。举个例子，如果100nF电容的自谐振频率点是10MHz，10nF电容的自谐振频率点是100MHz，1uF电容的自谐振频率点是1MHz，那么对于100MH频率范围以内去耦效果应该都挺好吧？当然不是，美中不足之处在于在自谐振频率之间，有一个新的特性，即阻抗的峰值，称为并联谐振峰值，这个峰值发生在并联谐振频率处，这个峰值是我们不想要的，在高速电路中，并联谐振峰值可能会导致电源电压波动超标。总结不同容值的电容并联方案相比相同容值的电容并联方案而言，可以在更宽的频率范围内获得较低的电容等效阻抗，我们的最终设计目标是，不论负载瞬态电流如何变化，都要保持负载两端电压变化范围很小，这个要求等效于电源系统的阻抗Z要足够低。我们是通过去耦电容来达到这一要求的，因此从等效的角度出发，可以说去耦电容降低了电源系统的阻抗。

静电放电 (ESD) 是一种持续时间非常短的不受控制的高压尖峰，初中就学过的关于ESD的一个常见例子是人走过地毯时，地毯上会积累电荷，也就是摩擦生电，又或者冬天我们摸门把手会被电到也是静电在作妖。ESD电压峰值可达数万伏，这么高的电压，可能会对电路造成严重损坏，特别是当前半导体发展的规律是符合摩尔定律的预测，晶体管尺寸越来越小，耐压越来越低，随之而来ESD防护也是重中之重。我们常规用于ESD防护的器件一般有电容，TVS二极管，压敏电阻等，今天详细介绍一下MLCC陶瓷电容用于ESD保护电路时，详细的选型过程。选型过程1.ESD标准IEC 61000-4-2：国际电工委员会（IEC）发布的一项国际标准，规定了静电放电（ESD）抗扰度的测试方法。该标准适用于电子电气设备、部件和组件，包括家用电器、工业控制设备、信息技术设备等。GB/T 17626.2：这是中国国家标准，你可以理解成等同于IEC 61000-4-2就行。ANSI/ESD S20.20：这是美国国家标准学会（ANSI）发布的一项标准，规定了静电控制程序和要求。该标准适用于电子工业，包括电子设备制造、测试、运输和存储等环节。ISO 10605：这是国际标准化组织（ISO）发布的一项国际标准，规定了静电放电（ESD）测试方法。该标准适用于各种材料和产品的ESD测试。用的比较多的就是第一个IEC的标准IEC 61000-4-2，IEC定义的静电放电模型如下：2.选型计算使用电容进行ESD防护的理论基础是电荷守恒定律。我们可以把静电源理解成一个储存了大量电荷的电容，当IC和储存了电荷且电压较高电容并联时，过高的电压会击穿IC，但是如果我们在IC之前再加一个保护电容，由于电容电压不能突变，储存了电荷且电压较高电容就会先向保护电容放电，那么会放多少电呢？这里就用到电荷守恒定律了。以上图为例，Cx电容两端的电压就等于：从这个公式可以看出Cx上的电压有多大，取决于Cx电容和Co电容的比值，也就是说Cx电容越大，Vx电压就越小，那么我们的IC也就越安全。假定，Co=1nF，Cx=99nF，ESD放电峰值电压8KV，那么Vx电压最大为80V，这就意味着在端口放置99nF的电容能将8kV的静电电压削减到80V，如果想更低，那么加大电容量即可，但是需要注意加大电容量对于高频信号线通信速率会有影响。但是电容容量会受到很多因素影响，比如直流电压降额，交流电压降额，温度等因素影响，可以参考这篇文章的说明：硬件工程师面试遇到的难题，电容容值的worse case你会计算吗？。所以我们需要确保电容容值不能太大影响通信速率，也不能太小，导致保护电压过高。

前言电容的额定电压表示可以施加在电容器上的最大连续电压。在陶瓷电容器中，有两个由介电材料隔开的导电电极板，电极板放置得很近，因为距离越小，电容容值就能做得更大。当施加在电容器电极板上的电压超过击穿电压值时，介电材料的分子结构会发生变化并开始通过介电材料传导电流。当电容的施加电压超过击穿值时，此时介电材料就像一个阻值很小的电阻，从而导致电容里有大电流流过，最终电容会过温烧毁。电压降额1.额定DC电压以电源线上的电容为例，如果电源电压范围是18-32V，在进行电容选型时，电容的额定DC电压需要大于32V，不同厂家的MLCC陶瓷电容器是有区别的，一般是可在全额定温度和电压下运行。例如，工作温度为125°C的X7R 100nF 100V额定MLCC可以在100V和125°C下使用。但是需要考虑电容的容值受直流偏置特性以及温度的影响，也就是在100V额定电压和125°C温度下，你能不能接受电容容值降低带来的影响，当然还要考虑瞬态电压的影响。通常，钽电容器和铝电解电容器对电压应力比较敏感，建议降额2倍。 例如，如果电路电压为10V，则应使用额定电压为20V的电解电容器。 2.额定AC电压当交流电压叠加在直流电压上时，总电压（Vp+Vdc）必须小于MLCC的直流额定电压。如果施加瞬态或脉冲电压，则电压必须低于MLCC的直流额定电压。其次还要考虑AC电压导致电容中流过AC电流，由于电容自身存在ESR，电容会发热升温的影响。

绝缘电阻当电容器从电源充电时，初始高电流从电源流入电容器。当电容器吸收该电流时，充电电流迅速减小至零。与此同时，电容器上的电压从零开始迅速增加到电源电压值，一旦达到稳态充电条件，流入电容器的电流应为零，并且电容器的电压等于电源电压值。当然如果是“理想”电容器，电路中就不会再有电流流动。由于理想电容器的电极是绝缘的，因此理论上电阻值是无穷大，然而，实际电容器的电阻值是有限的，因为绝缘电极之间有少量电流流动，我们通常使用欧姆定律把通过电介质的“漏电流”转换为“绝缘电阻”。这个电阻值就是电容的“绝缘电阻”。电容值越高，其绝缘电阻越小，这是因为电容容值越大，对应电容器中电介质的总面积就越大，电子流过电介质的路径数量也会越大，最终结果是电容的漏电流更大，从而绝缘电阻越小（R=U/I）。等效串联电阻电容的ESR是指其等效串联电阻（Equivalent Series Resistance），由电容器内部电极、电介质以及连接线等构成部分的电阻性质所导致的。陶瓷电容的ESR通常都在100毫欧以下，而铝电解电容则高于这个数值，有些种类电容的 ESR甚至会高达数欧姆。ESR越大，会影响电容的滤波效果以及温升，那ESR是不是越低越好呢？当然不是，ESR可不是一无是处，在LDO输出端，电容的ESR是有用的，一般规格书中写明推荐的电容ESR的值，这里也不展开讲了，以后讲到LDO时会详细说明。划重点定义：绝缘电阻是指电容器绝缘电极之间的电阻，它是绝缘材料的电阻性质。ESR（等效串联电阻）是电容器内部电极、电介质以及连接线等构成部分的电阻性质。原理：绝缘电阻是由绝缘材料的电阻性质导致的，反映了电容器内部电介质的绝缘能力。ESR是由电容器内部结构和材料的电阻性质导致的，包括电解液、电介质和导线的电阻。影响因素：绝缘电阻受电容器内部结构和材料的影响，通常随着电容值的增加而减小。ESR受电容器内部结构和材料的影响，通常取决于电解电容和陶瓷电容等类型，不同类型的电容ESR值会有所不同。后果：绝缘电阻的减小可能导致电容器漏电流的增加，从而降低绝缘性能。ESR的增加会影响电容器的滤波效果和温升，但在某些情况下，如在LDO输出端，较高的ESR可能是有益的，能够提高系统的稳定性和性能。

一个合格的硬件工程师在进行电路设计时，一项重要的技能就是针对电路进行worse case计算。如果做硬件多年但是第一次听到“worse case”这个名词，那恭喜你，虽然迟了，但还不是太迟。所谓"worst case"计算也叫WCA计算，是指在电路设计中考虑到最不利情况下的性能和参数。通过这种计算可以确保电路在各种不利条件下仍能正常工作。这涉及到考虑元器件的最差工作条件、环境因素的最坏情况，比如温度变化、电源波动等。今天我们要介绍的是电容容值的worse case计算，如果面试时，面试官问你对于一个100nF 5%精度的电容，如何考虑电容容值的worse case呢？如果你的回答是100nF*95%就是电容的最差容值，那恭喜你，已经OUT了！这说明电容选型你还是没搞懂啊，那么正确答案是什么呢？影响电容容值的因素要想成功回答上面的问题，需要先搞清楚有哪些因素会影响电容的容值，只有搞懂了这些，我们才能充分考虑到电容的容值偏差，从而做好电容选型，接下来我们以25V 100nF X7R 10%的电容为例进行详细说明。1.生产公差一个100nF的电容，在电容厂家生产的时候，会存在生产公差，因此电容容值可能是101nF，也可能是99nF，只要其容值在90-110nF范围内，对厂家来说电容都是合格的。2.温度影响温度对电容的静电容量会有影响，根据EIA-198-1F-2002对电容基于温度特性分类，X7R电容的工作温度范围是-55 ~ +125℃，在这一温度范围内电容由于自身电介质的影响，容值会随着温度变化有±15% 容值波动。对此不太理解的可以参考我之前的文章：做好电容选型，从掌握NP0，C0G，X7R电容的特性开始，这是一个通用标准，不同厂家的电容性能会有差异，厂家一般会在电容规格书中放置容值-温度变化曲线，我们可以直接通过查阅曲线来确定电容容值受温度影响的大小。3.电压影响电容的实际静电容量值随着直流(DC)与交流(AC)电压而变化的现象叫做电压特性。MLCC更容易发生直流偏置特性，而铝电解电容器、钽电解电容器、薄膜电容器等则较少发生。X5R、X7R 等温度特性较差的MLCC，直流偏置特性更明显。厂家一般会在电容规格书中放置容值-电压变化曲线，我们可以直接通过查阅曲线来确定电容容值受电压影响的大小。4.其他因素除了以上因素外，电容容值还受湿度，长期使用导致的老化漂移等因素影响，这部分影响可以按5%评估，注意这5%是经验值，规格书里可没有，但是你又不能不考虑。实例分析考虑以上所有因素，在电容选型时，如果有一个25V 100nF X7R 10%电容，实际加载的直流电压按20V评估，我们就来算一下其容值下限值到底是多少？生产公差：100nF*10%=10nF；温度影响：100nF*15%=15nF;电压影响：读容值-电压曲线：15nF其他因素影响：100nF*5%=5nF这样电容的容值下限值为：100nF-10nF-15nF-15nF-5nF=55nF。总结通过以上的实例分析，你就会发现一个标称100nF的电容，经过worse case计算后，其容值下限值仅为55nF，在进行电容选型时，这会影响电容在滤波电路的滤波效果，或者谐振电路的谐振频率等，如果你读完这篇文章再去回答面试官的问题，不给你99分，那他自己都不好意思了。

在开关电源电路中，通常需要电容来滤除开关器件产生的高频纹波，在这些电路中，电容的纹波电流可能会比较大，如果电容选型没考虑到纹波电流的影响，就可能会导致电容温升超标，一摸就烫手。尽管电容的温度即便超过规格书的范围上限值，可能不会立即导致电容出现故障，但陶瓷电容器过热会加速其发生故障的概率。接下来就详细讲解一下电容的纹波电流这一参数。纹波电流的定义基于电容通交流，阻直流的特性，当电容器两端的电压发生波动时，充电或放电电流会流入或流出电容器。流入或流出电容器的电流就被称为纹波电流。由于该电流原则上不是直流电，因此通常用有效值来表示。从电容的高频等效模型可以看出，实际的电容由电容C，电阻(ESR)，电感(ESL)三部分组成，电流流经电容C和电感(ESL)时不会消耗能量，因此不会产生热量，但是电流流经电阻(ESR)时，基于W=P*t=I*I*R*t，会消耗能量，从而导致电容温度上升。既然电容会因为纹波电流而发热，因此流过电容纹波电流就不能太大。要想做好电容选型，避免电容因为纹波电流导致自身温升过高需要搞清楚两个问题，第一个问题是电路中的纹波电流有多大？第二个问题是单个电容能承受多大的纹波电流？以DCDC电源为例，关于电路中的纹波电流理论计算可以参考下面的公式进行计算，其中r是电流纹波率，IL是电感电流，ΔI是纹波电流。这里就不展开讲解了，后续讲到DCDC时再做详细说明。关于第二个问题单个电容能承受多大的纹波电流呢？电容规格书中会提供温升-纹波电流曲线，直接读图就能基于纹波电流的大小评估出电容的温升。电容的实际温度=产品的最大环境温度+电容周围器件发热影响+电容自身温升。基于此，可以评估出电容可以耐受的最大纹波电流。我们可以通过并联多个电容来过滤大纹波电流，需要注意的是并联电容时需要考虑电容数量冗余，比如说如果你并联了3个电容，要考虑如果某个电容开路了，剩下两个电容会不会因为纹波电流而导致温升超标。

以往我们在做电容选型时，不仅需要在选型手册里一个个的瞪着大眼睛去找合适的电容型号，还得一一下载规格书查看不同电容的特性参数，有时候还得同时打开多份规格书一起对比这个特性曲线，那个特性曲线的，真真的是看花了眼啊，家人们，硬件工程师的痛谁懂啊？真是不想30岁就秃了头呀，为了拯救正在秃头路上的硬件工程师，今天就给大家安利一款超好用的电容选型在线工具。工具介绍这款工具就是业界大佬村田开发的一款网页版电容选型工具，无需下载！无需下载！无需下载！重要的事情说三遍，业界良心啊。打开工具所在的网页链接后就能看到工具的一个整体概览。为了方便大家尽快上手，接下来就给大家简单介绍一下怎么使用。重点来了，工具获取方法如下：关注公众号后，公众号中回复：电容选型工具，即可获得工具的网页链接，后续也会陆续推荐好用的电子元器件选型工具。型号筛选大家根据自己需要的电容的参数，在下图红框中对应位置填写电容的容值，额定直流电压，额定交流电压，工作温度范围，温度特性，以及封装尺寸，填写后就会出现符合条件的电容型号。你以为这就完了？当然没有，除了直接查看电容的一般特性曲线之外，还能查看电容的频率特性，比如阻抗-频率曲线，品质因数-频率曲线，以及损耗因子，等效电感，等效电容等随频率变化的曲线：可能有同学说我搞射频的，能用上吗？当然可以，这款工具不仅可以直接查看电容的S参数曲线，还能查看对应的史密斯圆图，简直就是强大，不得不说，就是好用呀。

通过了解电容的频率特性，可以判断电源电路的噪声抑制能力、电压波动时的稳定能力等。有些人可能会觉得电容的频率特性是高频信号的事，我的电路都是低频信号，所以不怎么关心，殊不知即便你的电路是低频电路，但是只要你的电路需要供电，那么高频干扰也能顺着你家电线来找上门的，所以电容的频率特性是电路设计中必不可少的重要参数。理想电容器的频率特性理想电容器是一个只有电容值的元件，它的阻抗（Zc）与频率（f）成反比，即Zc = 1/(2πfC)。这意味着理想电容器的阻抗随着频率的增加而减小，从而提高了通过交流信号的能力。理想电容器在直流信号下表现为开路，而在无穷高频下表现为短路。实际电容器的频率特性实际电容器并不是一个纯粹的电容元件，它还包含了等效串联电阻（ESR）和等效串联电感（ESL），这些参数会影响电容器的阻抗特性。实际电容器的阻抗可以表示为：Zc = ZESL + ZC + ZESR其中ZESL = 2πfL，ZC = 1/(2πfC)，ZESR = R。从上式可以看出，实际电容器的阻抗并不是随着频率增加而单调减小，而是形成了一个V形曲线。在低频段，阻抗主要由ESR决定，随着频率增加，阻抗逐渐减小。在中频段，阻抗主要由电容决定，随着频率增加，阻抗继续减小。在高频段，阻抗主要由ESL决定，随着频率增加，阻抗开始增大。因此，实际电容器在某一特定频率下会有一个最小阻抗值，这个频率称为自谐振频率（SRF）。在SRF以下，电容器表现为一个主要由ESR和C组成的低通滤波器，在SRF以上，电容器表现为一个主要由ESL和C组成的高通滤波器。不同类型电容器的频率特性铝电解电容器是一种常见的大容量、低成本的电容器，它由两个铝箔作为极板，中间夹有一层液态或固态介质。铝箔上有一层氧化铝膜作为绝缘层。铝电解电容器具有较高的ESR和ESL，因此它们在高频下的阻抗较大，不适合用于高速信号或去耦应用。铝电解电容器也受到温度、湿度和老化等因素的影响，导致其参数变化较大。钽电解电容器是一种小型、高稳定性的固态电解电容器，它由钽粉作为极板，中间夹有一层锰酸盐或聚合物作为介质。钽粉上有一层氧化钽膜作为绝缘层。钽电解电容器具有较低的ESR和ESL，因此它们在高频下的阻抗较小，适合用于高速信号或去耦应用。钽电解电容器也具有较好的温度特性和长寿命，但是它们的容量较小，且价格较高。多层陶瓷电容器是一种广泛应用的表面贴装电容器，它由多层陶瓷介质和金属电极叠加而成。多层陶瓷电容器具有较低的ESR和ESL，因此它们在高频下的阻抗较小，适合用于高速信号或去耦应用。多层陶瓷电容器也具有较小的体积、较大的容量范围和较低的成本，但是它们的介质材料会受到电场、温度和时间等因素的影响，导致其容值变化较大。

在低频情况下，电阻通常被简单视为一个理想的电阻元件，其阻值用欧姆定律R=V/I表示。然而，在高频条件下，由于寄生效 应，如寄生电容和寄生电感的影响，电阻的实际行为会偏离理想模型，因此需要引入等效电路来更准确地描述其特性。 1.理想电阻R是电阻的标称阻值，表示其基本的电阻特性。 2.寄生电容C通常并联在电阻两端。它来源于电阻器本身的物理结构或电路板上的布局。在高频下，寄生电容会导致电流分流，使电阻的阻抗随频率增加而减小。 3.寄生电感L通常与电阻串联。它来源于电阻引脚或导线的电感效应，尤其在非贴片电阻中更为明显。在高频下，寄生电感会使阻抗随频率增加而增大。

最近看到国外论坛上关于陶瓷电容用于ESD静电防护的谈论，觉得不错，分享给大家看一看，事情的起因是朱奈德工在做ESD静电电容选型时，不清楚ESD静电电容的额定电压是否与此有关，举个例子，比如说50V额定电压的电容和100V额定电压的电容是不是都能用于15KV的ESD防护呢？问题解读电容的额定电压指的是长时耐压，也就是电容需要长时间承受的电压，比如挂在5V电源线上的电容，电容选型时额定电压必须要大于5V才行。ESD静电电压属于瞬态电压，虽然电压很高，比如15000V，但是时间很短，不能拿这个额定电压去衡量。所以专家的回答也是说如果电容用作ESD防护的话，得参考电容的静电防护参数才行。接着专家给了一个实例来说明如何进行静电电容选型，比如说要达到12KV的ESD防护能力，无论是额定电压16V的电容，或者是额定电压200V的电容，都可以实现12KV的ESD防护等级，还给了一个表格来说明：从这个表格可以看出电容的容值以及封装会影响电容的ESD耐受电压，容值越大，ESD耐受电压就越高，封装越大，ESD耐受电压也越高，提高额定电压本身并不能提高电容的ESD耐受能力。总结需要注意的是MLCC本身具有直流偏置的特性，电容的实际静电容量值随着直流(DC)电压的加载而降低，如果我们选择的电容的工作电压本身比较接近电容的额定电压，那么其容值可能会降低得比较多，比如Y5V电容可能会降低50%之多，此时就会大大降低电容的承受能力，这一点也是老外没提到的，大家在选型时务必要注意。总结来说选择陶瓷电容用于ESD静电防护时，应重点参考其ESD耐受电压参数，并考虑容值和封装以及额定电压的影响。

前言刚做电路设计时，最开始接触的元器件也就是电阻，电容了，关于电容选型，电路小白常常关注的是电容的容值，耐压这些参数，至于电容是NP0还是X7R，则毫不关心，其实NP0，X7R，Y5V表示电容的陶瓷介质种类的代码，这些代码的来源是EIA-198-1F-2002标准，EIA-198-1F-2002可不是咱们的国标，是由美国电子工业协会（EIA）制定的国际标准。该标准规定了陶瓷电容的分类、性能、测试方法和标记方式。电容的陶瓷介质种类先说说陶瓷的结构，陶瓷电容之间有电介质，电介质是本身不导电，它可以在外加电场的作用下产生极化现象，也就是正负电荷分离。你可以把电介质理解成单个平行板电容器，它可以增加两个导体之间的电容。一般来说，陶瓷电介质分为两大类——顺电介质和铁电介质。顺电陶瓷的电介质叫做 I 类电介质。它们的特点是极化和电压成正比，而且温度系数很线性。使用 I 类电介质的电容器在不同温度下都很稳定，但是它们的介电常数比较低，所以电容值也比较小。铁电介质则具有非线性的极化-电压特性，并且会出现自发极化现象。II类、III类和IV类电介质就属于铁电介质。这类电介质的介电常数较高，可以获得更大的电容值，但温度稳定性和可靠性相对较差。I类电解质I类电容的编码规则如下，编码中第一个字母代表电容的温度系数，单位为ppm/K，第二个数字代表温度系数的乘数，第三个字母代表电容温度系数的误差，单位为ppm/K。我们接触最多的I电介质的电容就是C0G了，当然它还有个名字叫NP0，NP0和C0G的同一等级的电容类型，NP0是IEC/EN 60384-1标准中规定的代号。C0G的电容表示其工作温度范围是-55°C~125°C，±30ppm/°C。因此，C0G介电常数大都较低，不超过200，所以其容值一般也很小。一般我们会在晶振电路里见到它，因为此时电容在晶振电路里充当负载电容的角色，电容容值的改变会影响晶振的频率，因此我们需要此处的电容具有极高的温度稳定性。II、III、IV类电解质II类电介质的分解方式与I类电介质不同，根据EIA ES-198标准，根据温度范围内电容的变化，第一个字母代表电容的最低工作温度，第二个数字代表电容的最高工作温度，最后一个字母代表对应温度范围内的电容精度，Class II的介电常数几千左右，III电容的介电常数最高可以达到20000，容值可达几百微法，但由于高介电常数介质，大多为铁电性介质，因此温度稳定性较差，因为铁电性介质在直流偏置电压下介电常数会下降。IV类电容就不说了，基本已被淘汰，稍微有点追求的公司都不会用了。最后划划重点吧1. 不同材质的陶瓷电容器具有不同的温度系数，导致容值随温度变化的幅度不同。2. 一般而言，陶瓷电容器的稳定性排序为：NPO=C0G> X7R > X5R > Y5V，其中NPO的稳定性最好。3. 当电容器的工作温度轻微超过规格书中的使用温度时，并不会损坏电容器，只是容值会发生变化。举例来说，对于一个10微法的X7R电容器，在温度达到125摄氏度时，其容值可能会降额15%。而同样的情况下，Y5V电容器的容值可能会降额82%。4.对于对电容容值稳定性要求较高的应用，应选择具有较小温度系数的型号，比如晶振电路。

贴片电阻开路是在电路中常见的故障之一，可能由多种原因导致，比如说焊接不良，机械应力，设计缺陷，静电放电，环境因素等。电阻的电蚀的发生是和环境因素强相关的，电阻电蚀是指在电场的作用下，电阻材料表面发生氧化、溶解和机械破坏的现象，是电子元件失效的主要原因之一。今天就着重说一下。电蚀发生的原因在电场的作用下，电阻材料表面的电子会发生定向迁移，形成电流。电流会与电阻材料发生氧化还原反应，导致电阻材料表面被腐蚀。电阻周围环境的温度、湿度、介质等因素会影响电蚀的速率。温度越高、湿度越大、介质的腐蚀性越强，电蚀速率越快。不同材料的耐腐蚀能力不同，电阻材料的化学成分、结构和工艺也会影响电蚀速率。电蚀的对策电蚀的发生主要和两个因素有关，一个是化学反应，一个是环境影响，要想对抗电蚀就需要从这两方面入手，首先是化学反应，比如在电阻焊接后充分清洗电阻器去除电解质成分，或者采用不易离子化的电阻器，当然这类电阻价格会高点，要不要用还是根据自己的需求来定，比如你的产品要和各种化学产品打交道，化学环境比较恶劣，比如电阻器采用树脂或橡胶管封装，则电腐蚀的可能性会增加。那就需要选择抗电蚀的电阻产品，碳膜电阻器尤其容易发生电腐蚀，而金属膜电阻器也很少发生电腐蚀。其次是考虑环境影响，当含有湿气的空气和水分侵入电阻器涂层的内侧后，电阻才容易发生电蚀，如果电阻器在高温、潮湿或有有害气体存在的环境中使用，我们可以通过给PCBA涂敷三防漆，来解决此问题。总结电阻的主要失效模式就是开路和漂移，要想提高产品的可靠性，就要从一开始设计时选对物料，用对工艺，需要注意的是阻值100kΩ以上的碳膜电阻一般更容易发生电蚀，所以我们也不要草木皆兵，当我们的设计中出现了100kΩ以上的电阻时，并且电阻开路可能会导致发生安全问题时，我们才需要重点考虑。

1．额定功率和电阻值决定额定电压：通过V=√P×R计算，但受限于最高使用电压。 2．最高使用电压是实际工作上限：无论计算结果如何，电阻的连续工作电压不能超过此值。 3．额定耐压值是安全边界：通常高于最高使用电压，用于评估电阻在极端条件下的可靠性。 3. 最高使用电压：连续工作时的安全电压上限。 4. 最大耐电压：通常指短时测试条件下电阻能承受的电压，远高于最高使用电压，用于评估绝缘性能。 一个电阻的最高使用电压为200V，但其最大耐电压可能为500V。这意味着它能短暂承受500V的冲击，但连续工作电压不得超过200V。

电阻在电路中承担着很多不同的功能，电阻器承担着限流、分压、匹配电阻等功能，由于电阻是耗能器件，当流过电阻的电流较大时，电阻器在工作过程中会会因电流通过而产生热量，导致温度上升，温度的上升会影响电阻性能和寿命。那么如何评估电阻的温升呢？两条路径，理论计算和试验测试，理论计算是电路设计的依据，而试验测试完成了电路设计的闭环验证，因此，合格的硬件工程师需要掌握如何准确计算电阻器的温升。电阻温升的理论计算方式1针对电阻的温升评估方式，电阻厂家一般在规格书中提供了电阻的温升计算所需的相关信息，以KOA的贴片电阻为例，规格书中给出了电阻温升和实际功率/额定功率占比之间的一个关系曲线，我们可以很方便地根据曲线来直接确定相应的电阻温升。举个例子，如果我们选定的电阻系列是1J，阻值是10Ω，对应的电阻额定功率是0.2W，流经电阻的电流是0.1A，那么电阻是实际工作功率：P=0.1A*0.1A*10Ω=0.1W。0.1W/0.2W=50%。对应温升曲线的横坐标就是50%，通过读图可以确定纵坐标温升是20℃左右，如果产品的最大环境温度是70℃，那么电阻的最终温度就是90℃，这样就能简单通过理论计算评估电阻的温度是否超过了电阻规格书规定的温度范围。电阻温升的理论计算方式2有些电阻厂家没有在规格书中提供电阻温升和实际功率/额定功率占比曲线，但是会提供电阻的热阻值，这种情况应该怎么计算呢？以下图中某厂家的电阻规格书为例，规格书中给出了热阻（K/W）参数，通过这个参数就可以计算电阻的温升，温升=功率*热阻；举个例子，如果我们选定的电阻阻值是100Ω，热阻是15K/W，流经电阻的电流是0.1A，那么电阻是实际工作功率：P=0.1A*0.1A*100Ω=1W。那么电阻的温升为：温升=1W*15K/W=15℃。如果产品的最大环境温度是70℃，那么电阻的最终温度就是85℃。通过上面的介绍我们掌握了两种电阻温升的计算方法，需要注意的是，不管是哪种方法，都是厂家在特定的PCBA环境下给出的曲线或热阻值，所以和我们自己设计的PCBA肯定会有差异，换句话说就是通过计算算出的温升值只能参考，当然我们可以通过温升测试来校验我们的理论计算，进而通过结果对比优化计算参数，这样可以提高理论计算的精度。

瞬态功率可以表征电阻抵抗浪涌surge的能力。瞬态功率是指电阻在短时间内承受的功率，通常与突发的高电压或高电流事件，如浪涌相关。电阻的瞬态功率能力反映了它在非正常工作条件下，例如浪涌、脉冲或瞬时过载吸收和消散能量的能力，而不会发生损坏或性能退化。 假设一个1/4W的普通碳膜电阻，其额定功率为0.25W，但其瞬态功率规格可能表明它能承受10W的脉冲功率，脉宽1ms。这意味着在短时间内，它能抵抗一定程度的浪涌而不损坏。但如果浪涌持续时间延长或能量过高，电阻可能会因过热而熔断。在电路设计中，特别是在电源、电机控制或防雷保护电路中，选择具有高瞬态功率能力的电阻，如金属氧化膜电阻或专用抗浪涌电阻至关重要。