在電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，高頻電路與低頻電路有著顯著的差異。相較于低頻電路需要進(jìn)行復(fù)雜的電路匹配，高頻電路的結(jié)構(gòu)相對簡單。然而，簡單的結(jié)構(gòu)往往意味著需要考慮更多的問題。以常見的 AC 耦合電容為例，在實(shí)際應(yīng)用中，要么在芯片之間添加兩顆直連，要么在芯片與連接器之間添加兩顆?？此坪唵蔚牟僮鳎瑓s因 “高速” 這一特性而變得不同尋常。高速使得這顆電容不再 “理想”，如果這顆電容設(shè)計(jì)不當(dāng)，很可能導(dǎo)致整個(gè)項(xiàng)目的失敗。因此，對于高速電路而言，AC 耦合電容若未得到優(yōu)化，將會產(chǎn)生 “致命” 的影響。

首先，我們需要明確 AC 耦合電容的作用。一般來說，AC 耦合電容用于提供直流偏壓，即濾除信號的直流分量，使信號關(guān)于 0 軸對稱。那么，這顆電容是否可以放置在通道的任意位置呢？這是許多人在進(jìn)行高頻電路設(shè)計(jì)時(shí)，在使用這顆電容時(shí)遇到的個(gè)問題 ——AC 耦合電容究竟應(yīng)該放置在何處。

下面，我們以一個(gè)項(xiàng)目中常見的典型通路為例進(jìn)行分析。

在低速電路設(shè)計(jì)中，這顆電容可以等效為理想電容。但在高頻電路中，由于寄生電感的存在以及板材造成的阻抗不連續(xù)性，實(shí)際上這顆電容不能被視為理想電容。假設(shè)信號頻率為 2.5G，通道長度為 4000mil，AC 耦合電容分別放置在距離發(fā)送端和接收端 200mil 的位置。我們來觀察一下仿真得到的眼圖變化。

顯然，當(dāng) AC 耦合電容靠近接收端時(shí)，信號的完整性要好于放置在發(fā)送端的情況。這是因?yàn)榉抢硐?a target="_blank">電容器存在阻抗不連續(xù)的問題，信號經(jīng)過通道衰減后反射的能量會小于直接反射的能量。因此，絕大多數(shù)串行鏈路要求將這顆 AC 耦合電容放置在接收端。不過，也存在例外情況。例如，在進(jìn)行板對板連接時(shí)，查閱 PCIE 規(guī)范會發(fā)現(xiàn)，如果是兩個(gè)板，通常將 AC 耦合電容放置在發(fā)送端，此時(shí)還利用了 AC 耦合電容的另一個(gè)作用 —— 過壓保護(hù)，像 SATA 接口就通常要求靠近連接器放置。

解決了放置位置的問題后，另一個(gè)困擾大家的問題就是容值的選取。在整個(gè)串行鏈路中，等效出的電阻 R 是固定的，那么 AC 耦合電容 C 的選取將關(guān)系到時(shí)間常數(shù)（RC）。RC 越大，通過的直流分量越大，直流壓降越低。那么，AC 耦合電容是否可以無限增大呢？答案顯然是否定的。

與圖 3 相比，可以看出增大耦合電容后，眼高變低。這是因?yàn)?“高速” 使得電容變得不理想，感應(yīng)電感會產(chǎn)生串聯(lián)諧振，容值越大，諧振頻率越低，AC 耦合電容在低頻情況下呈感性，因此高頻分量衰減增大，眼高變小，上升沿變緩，相應(yīng)的 JITTER 也會增大。通常建議 AC 耦合電容的容值在 0.01uf - 0.2uf 之間，在項(xiàng)目中 0.1uf 較為常見，推薦使用 0402 的封裝。

，在解決了以上兩個(gè)問題后，我們從 PCB 設(shè)計(jì)的角度來分析這顆電容的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在實(shí)際項(xiàng)目中，與 AC 耦合電容的位置、容值大小等可見因素相比，板材本身（包括焊盤的精度、銅箔的均勻度等）以及焊盤處的寄生電容對信號完整性的影響更加難以捉摸。我們知道，高頻信號必須沿著具有均勻特征阻抗的路徑傳播，如果遇到阻抗失配或不連續(xù)的情況，部分信號會被反射回發(fā)射端，導(dǎo)致信號衰減，影響信號的完整性。在項(xiàng)目中，這種情況通常會出現(xiàn)在焊盤或者板載連接器處。許多人在初進(jìn)行高速電路設(shè)計(jì)時(shí)，經(jīng)常會遇到這個(gè)問題。

要解決這個(gè)問題，需要從兩個(gè)方面入手。首先，在板材的選取上，通常選用高性能的 ROGERS 板材。羅杰斯的板材在銅箔厚度的控制上非常，均勻的銅箔覆蓋大大降低了阻抗的不連續(xù)性。其次，在消除焊盤處的寄生電容方面，業(yè)內(nèi)常見的方法是在焊盤處進(jìn)行隔層處理（挖空位于焊盤正下方的參考平面區(qū)域，在內(nèi)層創(chuàng)建銅填充），通過增大焊盤與其參考平面（或者是返回路徑）之間的距離，減小電容的不連續(xù)性。在實(shí)際項(xiàng)目中，采用介質(zhì)均勻、銅箔寬度控制的 ROGERS 板材也能有效提高焊盤的加工精度。

下面，我們通過仿真對比一下使用 ROGERS 板材進(jìn)行隔層處理前后的信號完整性。

對比圖 5 和圖 6 可以發(fā)現(xiàn)，未處理之前阻抗的跳躍非常明顯，而隔層處理后的阻抗得到了很大改善，幾乎沒有任何階躍與不連續(xù)的情況。

對比圖 7 和圖 8 可以看到，使用 ROGERS 板材進(jìn)行隔層處理后，回波損耗下降到 - 30dB 之內(nèi)，大大降低了回波損耗，保證了信號傳輸?shù)耐暾浴?/p>

總的來說，要想在高頻電路中優(yōu)化這顆 “致命” 的 AC 耦合電容，不僅要在電路設(shè)計(jì)方面下足功夫，同時(shí)選擇性能更好的高頻 PCB 板材料會讓你事半功倍。