如何妙用二极管减少寄生电容

 二极管以其单向导电特性，在整流开关方面发挥着重要的作用;其在反向击穿状态下，在一定电流范围下起到稳压效果。令人意外的是，利用二极管的反偏压结电容，能够有效地减少信号线上的接入寄生电容，这里将近一步讨论这个运用。

上次我们分享了关于“如何妙用二极管的导通压降”的知识，之后有用户要求了解更多有关电子类器件的知识，这里就来讲讲“如何妙用二极管减少寄生电容”。

二极管参数—单向导电性

提到二极管，大家最熟悉的就是二极管的单向导电性，反映伏安曲线上如图1所示。当正向偏压U=0.5V(硅管)时，二极管开始导通，电流越大电压越大，具有很低阻抗;当加反向偏压时二极管不导通，在一定范围内有很小的漏电流，具有很大阻抗。其这个单向导电性，也起到了开关的作用，所以在整流和开关方面都有广泛的应用。

 

 

图1 二极管伏安特性曲线

二极管有一个参数，没有单向导电性那么广为人知，但是对电路设计的影响也至关重要，那就是“结电容”。

二极管参数—结电容

在一些高速场合，需要选结电容比较小的二极管;在某些场合，则需要利用这个结电容来达到特定的目的，比如压控振荡器(VCO)，正是利用了变容二极管在不同的反向偏压下有不同的电容值，从而达到电压控制频率的目的。

 

 

图2 压控振荡器应用电路-实例

在高速电路上，由于频率越来越高，寄生电容的影响已经不能忽视了。在系统中，这些不期望的电容来自方方面面，比如PCB的材质、厚度、板层结构、走线平行度，这些都是影响PCB板的寄生电容，还有元器件本身的寄生电容，最可恶的是这些东西还受环境温度的影响。

 

 

图3 寄生电容引起“振铃”

难道就没办法对付它们了吗?通过工程师们的不懈努力，发现这些影响是可以通过合理的电路设计来减少的。下面我们将讨论下怎样“利用二极管的电容特性来减小高速信号上的寄生电容”。

二极管妙用—减少寄生电容

首先，我们熟悉下二极管的电容特性：图4所示的是IN4448HWS二极管的电容特性。零反向偏压下，电容是3pF，随着反向偏压越来越大，结电容越来越小。

 

 

图4 电容特性

在高速信号线上，通常会附加一些功能，这些功能通常会带来不利的影响，如会产生很大的寄生电容，这个电容视具体的电路模块而定。如果忽略这个电容，可能会影响这个信号的频率。最不幸的是，就算您注意到了这个电容，由于附加的功能模块产生的电容太大，似乎也无能为力。通用附件功能接入法如图5所示：

 

 

图5 通用附件功能接入法

为了减少信号线上的寄生电容，可以在附件功能的接入点处增加一个二极管，这个二极管必须节电容比较小的，通常选用小信号开关管，如果考虑到大电流问题，则需要慎重考虑选型问题。

 

 

图6 正向接入法

正向接入方法如图6所示，二极管接在信号线与附件功能模块之间，这表示附加功能模块使能时是高电平输出的。另外，为了更大程度地减小寄生电容，通常使二极管工作在反偏压状态下，即UL 接至低电平。在附加功能模块不工作，二极管处于最大反偏压下，具有更小的节电容，信号线能够工作在高频状态下，系统获得更高的性能。

 

 

图7 反向接入法

反向接入方法如图7所示，与正向接入不同的是，二极管的正极接到信号线上，UH接至高电平。

不管正向还是反向接入法，其等效电路都如图8所示。我们假设二极管的节电容为3pF，附件功能模块寄生总电容1uF。如果电阻足够大，那么可以忽略，此时就是两个电容串联，和电阻并联类似，CT=C1*C2/(C1+C2)≈C1(C2较大)。大电容就算变化很大，串联总电容几乎等于小电容，即3pF，有效减小接入电容。

 

 

图8 等效电路

以上运用是建立在二极管单向导电性和较小节电容的基础上。正向接入和反向接入只能是单方向的，不能解决所有情况，也就是说只能针对特殊的功能模块。如果附加功能模块需要双向的，把图6和图7结合或许是不错的选择。