電路設(shè)計中電容的作用

濾波電容：

用在電源整流電路中，用來濾除交流成分，使輸出的直流更平滑。

去耦電容：

用在放大電路中不需要交流的地方，用來消除自激，使放大器穩(wěn)定工作?

旁路電容：

用在有電阻連接時，接在電阻兩端使交流信號順利通過?

1. 關(guān)于去耦電容蓄能作用的理解

1.1 去耦電容主要是去除高頻如 RF 信號的干擾，干擾的進入方式是通過電磁輻射

實際上，芯片附近的電容還有蓄能的作用，這是第二位的?你可以把總電源看作密云水庫，我們大樓內(nèi)的家家戶戶都需要供水，這時候，水不是直接來自于水庫，那樣距離太遠了，等水過來，我們已經(jīng)渴的不行了?實際水是來自于大樓頂上的水塔，水塔其實是一個 Buffer 的作用?

如果微觀來看，高頻器件在工作的時候，其電流是不連續(xù)的，而且頻率很高而器件 VCC 到總電源有一段距離，即便距離不長，在頻率很高的情況下，阻抗 Z=i*wL+R，線路的電感影響也會非常大，會導致器件在需要電流的時候，不能被及時供給?而去耦電容可以彌補此不足?這也是為什么很多電路板在高頻器件 VCC 管腳處放置小電容的原因之一（在 vcc 引腳上通常并聯(lián)一個去藕電容，這樣交流分量就從這個電容接地?）

1.2 有源器件在開關(guān)時產(chǎn)生的高頻開關(guān)噪聲將沿電源線傳播?

去耦電容的主要功能就是提供一個局部的直流電源給有源器件，以減少開關(guān)噪聲在板上的傳播和將噪聲引導到地。

2. 旁路電容和去耦電容的區(qū)別

去耦：去除在器件切換時從高頻器件進入到配電網(wǎng)絡(luò)中的 RF 能量?去耦電容還可以為器件供局部化的 DC 電壓源，它在減少跨板浪涌電流方面特別有用?

旁路：從元件或電纜中轉(zhuǎn)移出不想要的共模 RF 能量?這主要是通過產(chǎn)生 AC 旁路消除無意的能量進入敏感的部分，另外還可以提供基帶濾波功能（帶寬受限）?

我們經(jīng)常可以在電源和地之間看見去耦電容，它有三個方面的作用：

1. 集成電路的蓄能電容；

2. 濾除該器件產(chǎn)生的高頻噪聲，切斷其通過供電回路進行傳播的通路；

3. 防止電源攜帶的噪聲對電路構(gòu)成干擾?

在電子電路中，去耦電容和旁路電容都是起到抗干擾的作用，電容所處的位置不同，稱呼就不一樣了?對于同一個電路來說，旁路（bypass）電容是把輸入信號中的高頻噪聲作為濾除對象，把前級攜帶的高頻雜波濾除，而去耦（decoupling）電容也稱退耦電容，是把輸出信號的干擾作為濾除對象從電路來說，總是存在驅(qū)動的源和被驅(qū)動的負載?如果負載電容比較大，驅(qū)動電路要把電容充電?放電，才能完成信號的跳變，在上升沿比較陡峭的時候，電流比較大，這樣驅(qū)動的電流就會吸收很大的電源電流，由于電路中的電感，電阻（特別是芯片管腳上的電感，會產(chǎn)生反彈），這種電流相對于正常情況來說實際上就是一種噪聲，會影響前級的正常工作?這就是耦合?

去藕電容就是起到一個電池的作用，滿足驅(qū)動電路電流的變化，避免相互間的耦合干擾?

旁路電容實際也是去藕合的，只是旁路電容一般是指高頻旁路，也就是給高頻的開關(guān)噪聲提高一條低阻抗泄防途徑?高頻旁路電容一般比較小，根據(jù)諧振頻率一般是 0.1μF，0.01μF 等，而去耦合電容一般比較大，是 10μF 或者更大，依據(jù)電路中分布參數(shù)，以及驅(qū)動電流的變化大小來確定?

去耦和旁路都可以看作濾波?去耦電容相當于電池，避免由于電流的突變而使

電壓下降，相當于濾紋波?具體容值可以根據(jù)電流的大小?期望的紋波大小?作用時間的大小來計算?去耦電容一般都很大，對更高頻率的噪聲，基本無效?旁路電容就是針對高頻來的，也就是利用了電容的頻率阻抗特性?電容一般都可以看成一個 RLC 串聯(lián)模型?在某個頻率，會發(fā)生諧振，此時電容的阻抗就等于其 ESR?如果看電容的頻率阻抗曲線圖，就會發(fā)現(xiàn)一般都是一個 V 形的曲線?具體曲線與電容的介質(zhì)有關(guān)，所以選擇旁路電容還要考慮電容的介質(zhì)，一個比較保險的方法就是多并幾個電容?

去耦電容在集成電路電源和地之間的有兩個作用：一方面是本集成電路的蓄能電容，另一方面旁路掉該器件的高頻噪聲?數(shù)字電路中典型的去耦電容值是 0.1μF?這個電容的分布電感的典型值是 5μH?0.1μF 的去耦電容有 5μH 的分布電感，它的并行共振頻率大約在 7MHz 左右，也就是說，對于 10MHz 以下的噪聲有較好的去耦效果，對 40MHz 以上的噪聲幾乎不起作用?1μF?10μF 的電容，并行共振頻率在 20MHz 以上，去除高頻噪聲的效果要好一些?每 10 片左右集成電路要加一片充放電電容，或 1 個蓄能電容，可選 10μF 左右?最好不用電解電容，電解電容是兩層薄膜卷起來的，這種卷起來的結(jié)構(gòu)在高頻時表現(xiàn)為電感?要使用鉭電容或聚碳酸酯電容?去耦電容的選用并不嚴格，可按 C=1/F，即 10MHz 取 0.1μF，100MHz 取 0.01μF?

審核編輯 黃昊宇