电容特性：如何选择高频滤波电容

电阻电容电感这些都是最最基础的电子元器件，也是因为这些器件，才有了我们大家所从事的各种无聊的工作。这个无聊包括但不限于硬件或是LAYOUT或是SI。虽然同为无聊，不过电容可比电阻或是电感有趣多了。毕竟电解电容可以放烟花，钽电容可以爆炸，陶瓷电容可以立碑。不像电感只有无能啸叫。

常用的电容可以分为电解电容、钽电容、陶瓷电容等。前两者常用于低频滤波。对于高频滤波通常采用陶瓷电容。

随便找个PCB板，翻到BGA器件背面，几乎都能见到密密麻麻的电容，可能是01005，也可能0201或是0402，这些电容很大程度上会影响整个电源网络的性能。
那么这个电容应该如何选择呢？
在选择合适的电容之前，我们先看看电容的特性。
关于电容最先想到的就是电容的容值，比如10nf或是100nf之类的。看起来很简单，但遇到高频这个小妖精后，电容也就没有这么单纯了，这时我们还需要考虑选一个电容就额外赠送的等效串联电阻（ESR）和等效串联电感（ESL）。
换句话说，虽然只是一个电容，但是还需要考虑其电阻和电感带来的影响。组合起来就是下面这张图：

将电容等效为RLC电路后会在某个频率处谐振，这个频率被称为自谐振频率。
比如下面这张图就是某个10nf电容的阻抗特性曲线，从中可以看到其谐振点在70MHZ。

有了这张图，我们就可以知道这个电容的有效滤波范围。通常在谐振点2到3倍范围频率内电容都是能发挥功能做好本职工作的。
直白一点，如果我们求解出来电容的谐振点是70MHZ。保守计算，那么有效的滤波范围大概就是140MHZ以内。如果谐振点是50MHZ，那么有效范围大概就是100MHZ以内。
除了关注这个谐振点的频率，我们还需要关注对应的阻抗频率曲线，这个值越低滤波效果也就越好。
而影响谐振频率与阻抗曲线的因素，就是我们一开始说到的ESL和ESR。
ESL影响的是电容的谐振点频率，ESL越大，谐振点频率越低。

高频滤波中小封装的电容滤波效果往往好于同等容值大封装的电容（比如0201好于0402），原因就在于小封装电容ESL更低，更能覆盖高频段。
再看ESR，理想电容的ESR为0 ，但是理想嘛，都是不存在的。
实际电容都会有ESR的存在，因此会在电容两端形成压降，降低滤波效果。在前面关于滤波范围的结论中，我们希望电容的阻抗曲线尽可能的低，这就需要我们选择ESR更低的电容。或者通过并联电容的方式降低ESR。

根据ESL和ESR就可以求出这个电容的阻抗频率曲线，并以此来评估这个电容对某个频段的滤波效果。
实际中，我们求解出来的这个谐振点往往并不是电容真实的谐振点，这是因为在焊接的时候还会引入额外的寄生参数，造成谐振点的偏移。针对这个情况可以在电容安装后实测其真实谐振点。