工程師手冊(cè)：電源設(shè)計(jì)中的電容選用規(guī)則講解

　　電源往往是我們?cè)?a href="http://wenjunhu.com/v/tag/167/" target="_blank">電路設(shè)計(jì)過程中最容易忽略的環(huán)節(jié)。作為一款優(yōu)秀的設(shè)計(jì)，電源設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)是很重要的，它很大程度影響了整個(gè)系統(tǒng)的性能和成本。 電源設(shè)計(jì)中的電容使用，往往又是電源設(shè)計(jì)中最容易被忽略的地方。

　　一、電源設(shè)計(jì)中電容的工作原理

　　在電源設(shè)計(jì)應(yīng)用中，電容主要用于濾波（filter）和退耦/旁路（decoupling/bypass）。濾波是將信號(hào)中特定波段頻率濾除的操作，是抑制和防止干擾的一項(xiàng)重要措施。根據(jù)觀察某一隨機(jī)過程的結(jié)果，對(duì)另一與之有關(guān)的隨機(jī)過程進(jìn)行估計(jì)的概率理論與方法。濾波一詞起源于通信理論，它是從含有干擾的接收信號(hào)中提取有用信號(hào)的一種技術(shù)?！敖邮招盘?hào)”相當(dāng)于被觀測的隨機(jī)過程，“有用信號(hào)”相當(dāng)于被估計(jì)的隨機(jī)過程。

　　濾波主要指濾除外來噪聲，而退耦/旁路（一種，以旁路的形式達(dá)到退耦效果，以后用“退耦”代替）是減小局部電路對(duì)外的噪聲干擾。很多人容易把兩者搞混。下面我們看一個(gè)電路結(jié)構(gòu)：

　　圖中電源為A和B供電。電流經(jīng)C1后再經(jīng)過一段PCB走線分開兩路分別供給A和B。當(dāng)A在某一瞬間需要一個(gè)很大的電流時(shí)，如果沒有C2和C3，那么會(huì)因?yàn)榫€路電感的原因A端的電壓會(huì)變低，而B端電壓同樣受A端電壓影響而降低，于是局部電路A的電流變化引起了局部電路B的電源電壓，從而對(duì)B電路的信號(hào)產(chǎn)生影響。同樣，B的電流變化也會(huì)對(duì)A形成干擾。這就是“共路耦合干擾”。

　　增加了C2后，局部電路再需要一個(gè)瞬間的大電流的時(shí)候，電容C2可以為A暫時(shí)提供電流，即使共路部分電感存在，A端電壓不會(huì)下降太多。對(duì)B的影響也會(huì)減小很多。于是通過電流旁路起到了退耦的作用。

　　一般濾波主要使用大容量電容，對(duì)速度要求不是很快，但對(duì)電容值要求較大。如果圖中的局部電路A是指一個(gè)芯片的話，而且電容盡可能靠近芯片的電源引腳。而如果“局部電路A”是指一個(gè)功能模塊的話，可以使用瓷片電容，如果容量不夠也可以使用鉭電容或鋁電解電容（前提是功能模塊中各芯片都有了退耦電容— 瓷片電容）。

　　濾波電容的容量往往都可以從電源芯片的數(shù)據(jù)手冊(cè)里找到計(jì)算公式。如果濾波電路同時(shí)使用電解電容、鉭電容和瓷片電容的話，把電解電容放的離開關(guān)電源最近，這樣能保護(hù)鉭電容。瓷片電容放在鉭電容后面。這樣可以獲得最好的濾波效果。

　　退耦電容需要滿足兩個(gè)要求，一個(gè)是容量需求，另一個(gè)是ESR需求。也就是說一個(gè)0.1uF的電容退耦效果也許不如兩個(gè)0.01uF電容效果好。而且，0.01uF電容在較高頻段有更低的阻抗，在這些頻段內(nèi)如果一個(gè)0.01uF電容能達(dá)到容量需求，那么它將比0.1uF電容擁有更好的退耦效果。

　　很多管腳較多的高速芯片設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊(cè)會(huì)給出電源設(shè)計(jì)對(duì)退耦電容的要求，比如一款500多腳的BGA封裝要求3.3V電源至少有30個(gè)瓷片電容，還要有幾個(gè)大電容，總?cè)萘恳?00uF以上…