設(shè)計(jì)電路時(shí)怎么選取濾波電容？

在很多場(chǎng)合，我們都會(huì)看到一個(gè)現(xiàn)象：集成芯片的電源端接了一個(gè)或多個(gè)電容到地。

這種電容叫做退耦電容，也可以叫做濾波電容，這個(gè)沒有嚴(yán)格的區(qū)分。作用是為了去除電源端的的干擾和電源噪聲，很多芯片對(duì)電源的要求是很高的，如果你電源端都是不穩(wěn)定的或者帶來了額外的噪聲，那芯片的功能務(wù)必會(huì)受到很大的影響。

那我們?cè)谠O(shè)計(jì)電路的時(shí)候該怎么選取濾波電容呢？

原理

我們實(shí)際用的電容并不是理想的電容，我們用到的電容可以用上圖的模型來代替：電阻（ESR）、電感（ESL）和電容C串聯(lián)的電路形式。這樣我們就可以得出一個(gè)電容的實(shí)際阻抗表達(dá)式：

Z（阻抗）：Z=R（電阻）+jX（電抗）

X=wL-1/wC

XL=JwL

XC=1/jwC

下面，我們分兩種情況來討論下這個(gè)看上去比較復(fù)雜的表達(dá)式

1.高頻（w很大）時(shí)，容抗（1/jwC）就趨近于0，但是感抗jwL會(huì)很大，這就導(dǎo)致了電容在高頻的時(shí)候不再是電容了，它相當(dāng)于一個(gè)電阻和一個(gè)很大的電感的串聯(lián)，這樣就會(huì)產(chǎn)生很大的阻抗Z，會(huì)對(duì)我們的高頻信號(hào)產(chǎn)生很大的阻擋，高頻信號(hào)就會(huì)被阻擋在外面過不去。

這時(shí)候我們得想個(gè)辦法，如何能讓高頻信號(hào)過去呢？我們仔細(xì)看我們的Z阻抗表達(dá)式，我們發(fā)現(xiàn)高頻信號(hào)過不去最主要的原因就是電感這個(gè)哥們太調(diào)皮了，竟敢一個(gè)人擋著我們的去路。所以，我們得叫一個(gè)幫手來幫助我們抵抗電感。我們將感抗（1/jwC）增大，因?yàn)樗c感抗是一個(gè)減法關(guān)系（死對(duì)頭）。感抗一增大，（jwL-j/wC）就會(huì)減小，Z就會(huì)減小。我們的高頻信號(hào)就可以比較輕松的通過了。我們?nèi)绾蝸碓龃蟾锌?？減小C，j/wC就會(huì)增大。這樣，我們就可以得出一個(gè)結(jié)論：小電容可以讓我們的高頻信號(hào)更輕松的通過！所以，在電源濾波中，小電容是用來濾除高頻信號(hào)的。為什么說是濾除？因?yàn)楦哳l信號(hào)都從電容上流向大地了，這樣高頻信號(hào)就不會(huì)對(duì)我的電源造成干擾，就可以成功地讓電源保持穩(wěn)定。

2.低頻時(shí)（w較小時(shí)），感抗（jwL）就會(huì)變得很小，此時(shí)1/jwC就會(huì)變得很大，同樣，它也造成了我們的阻抗Z變得很大，我們的低頻信號(hào)就被阻擋了。分析方法同1是類似的，我們的目的就是減小阻抗，盡量讓Z=ESR。這里與上面稍微有點(diǎn)不同，看感抗的表達(dá)式（XL=jwL），我們不能對(duì)它做什么，L是與工藝有關(guān)的，是一個(gè)固定的值。所以此時(shí)，我們就要去減小容（j/wC）。增大C，C就是你電容的值，它是可以改變的。所以，我們得出結(jié)論：大電容可以讓低頻信號(hào)更輕松地通過！所以，大電容濾除低頻。

由于我們的電源是直流電（w=0），由于容抗j/wC會(huì)變得無窮大，所以直流電就通過不了電容，就可以穩(wěn)穩(wěn)當(dāng)當(dāng)?shù)毓┙o我們的芯片了。在實(shí)際應(yīng)用中，為了由更好的頻率范圍，我們會(huì)用一個(gè)大電容和小電容并聯(lián)的組合（兩者之間的數(shù)量級(jí)一般至少是100以上）。

電容取值

每種電容都有自己的V型曲線（不同的濾波范圍），有興趣的朋友可以去看一下V型曲線。

下圖是電容取值的參考值：

我剛開始的時(shí)候，也不懂為什么電容要這么取，我問過很多人，他們多說這是經(jīng)驗(yàn)，你多試試，達(dá)不到你要求，你就換電容嘛！我想說的是，實(shí)踐才是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)！