電磁干擾與去耦電容講解

電路的設(shè)計(jì)中存在很多 電磁干擾（EMI） 問題， 去耦電容 的應(yīng)用場景就是減小電磁干擾，這一過程衍生出了另一個(gè)概念—— 電磁兼容（EMC） 。

電磁干擾（EMI）的例子？

1、靜電放電（ESD）

冬天的時(shí)候，尤其是空氣比較干燥的內(nèi)陸城市，很多朋友都有這樣的經(jīng)歷，手觸碰到電腦外殼、鐵柜子等物品的時(shí)候會被電擊，這就是 靜電放電現(xiàn)象 ，也稱之為 ESD 。

2、快速瞬間群脈沖（EFT）

不知道有沒有同學(xué)有這樣的經(jīng)歷，早期我們使用電鉆這種電機(jī)設(shè)備，并且同時(shí)在聽收音機(jī)或者看電視的時(shí)候，收音機(jī)或者電視會出現(xiàn)雜音，這就是 快速瞬間群脈沖 的效果，也稱之為 EFT 。

3、浪涌（Surge）

以前的老電腦，有的性能不是很好，帶電熱插拔優(yōu)盤、移動硬盤等外圍設(shè)備的時(shí)候，內(nèi)部會產(chǎn)生一個(gè)百萬分之一秒的電源切換，直接導(dǎo)致電腦出現(xiàn)藍(lán)屏或者重啟現(xiàn)象，就是熱插拔的 浪涌 效果，稱之為 Surge 。
電磁干擾的內(nèi)容有很多，我們這里不能一一列舉，但是有些內(nèi)容非常重要。這些問題不要認(rèn)為是小問題，比如一個(gè)簡單的靜電放電，我們用手能感覺到的靜電，可能已經(jīng)達(dá)到3KV以上了。

如果用眼睛能看得到的，至少是5KV了，只是因?yàn)檫@個(gè)電壓雖然很高，能量卻非常小，持續(xù)的時(shí)間非常短，因此不會對人體造成傷害。但是我們應(yīng)用的這些半導(dǎo)體元器件就不一樣了，一旦瞬間電壓過高，就有可能造成器件的損壞。

去耦電容的概念

去耦電容 是電路中裝設(shè)在元件的電源端的電容，此電容可以提供較穩(wěn)定的電源，同時(shí)也可以降低元件耦合到電源端的噪聲，間接可以減少其他元件受此元件噪聲的影響。
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(gè)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。

去耦電容的應(yīng)用

首先看下圖USB 接口和供電電路 ：

左邊這個(gè)電路，過了保險(xiǎn)絲以后，接了一個(gè)470uF的電容C16，右邊這個(gè)電路，經(jīng)過開關(guān)后，接了一個(gè)100uF的電容C19，并且并聯(lián)了一個(gè)0.1uF 的電容C10。其中C16和C19起到的作用是一樣的，C10的作用和他們兩個(gè)不一樣，我們先來介紹這2個(gè)大一點(diǎn)的電容。

1、大容值電容的作用

容值比較大的電容，理論上可以理解成水缸或者水池子，同時(shí)，大家可以直接把電流理解成水流，其實(shí)大自然萬物的原理都是類似的。

【作用一】緩沖作用。

當(dāng)上電的瞬間，電流從電源處流下來的時(shí)候，不穩(wěn)定，容易沖擊電子器件，加個(gè)電容可以起到緩沖作用。就如同我們直接用水龍頭的水澆地，容易沖壞花花草草。我們只需要在水龍頭處加個(gè)水池，讓水經(jīng)過水池后再緩慢流進(jìn)草地，就不會沖壞花草，起到有效的保護(hù)作用。

【作用二】穩(wěn)定作用。

我們的一整套電路，后級電子器件的功率大小都不一樣，而器件正常工作的時(shí)候，所需電流的大小也不是一成不變的。比如后級有個(gè)器件還沒有工作的時(shí)候，電流消耗是100mA，突然它參與工作了，電流猛的增大到了150mA，這個(gè)時(shí)候如果沒有一個(gè)水缸的話，電路中的電壓（水位）就會直接突然下降，比如我們的5V電壓突然降低到3V了。

而我們系統(tǒng)中有些電子元器件，必須高于一定的電壓才能正常工作，電壓太低就直接不工作了，這個(gè)時(shí)候水缸就必不可少了。電容會在這個(gè)時(shí)候把存儲在里邊的電量釋放一下，穩(wěn)定電壓，當(dāng)然，隨后前級的電流會及時(shí)把水缸充滿的。

有了這個(gè)電容，可以說我們的電壓和電流就會很穩(wěn)定了，不會產(chǎn)生大的波動。這種電容常用的有如圖3-2、圖3-3、圖3-4 所示三種：

這三種電容是最常用的三種，其中第一種個(gè)頭大，占空間大，單位容量價(jià)格最便宜，第二種和第三種個(gè)頭小，占空間小，性能一般也略好于第一種，但是價(jià)格也貴不少。當(dāng)然，除了價(jià)格，還有一些特殊參數(shù)，在通信要求高的場合也要考慮很多。

2、電容的選取

第一個(gè)參數(shù)是耐壓值的考慮。我們用的是5V系統(tǒng)，電容的耐壓值要高于5V，一般1.5倍到2倍即可，有些場合稍微再高點(diǎn)也可以。

第二個(gè)參數(shù)是電容容值，這個(gè)就需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來選取了，選取的時(shí)候，要看這個(gè)電容起作用的整套系統(tǒng)的功率消耗情況，如果系統(tǒng)耗電較大，波動可能比較大，那么容值就要選大一些，反之可以小一些。

3、小容值電容的作用

我們再來看圖3-1中的另一種電容C10，它容值較小，是0.1uF，也就是 100nF，是用來濾除高頻信號干擾的。比如ESD，EFT等。我們初中學(xué)過電容的特性——可以通交流隔直流，但是電容的參數(shù)對不同頻率段的干擾的作用是不一樣的。

這個(gè)100nF的電容，是我們的前輩根據(jù)干擾的頻率段，根據(jù)板子的參數(shù)，根據(jù)電容本身的參數(shù)所總結(jié)出來的一個(gè)值。也就是說，以后大家在設(shè)計(jì)數(shù)字電路的時(shí)候，在電源處的去耦高頻電容，直接用這個(gè) 0.1uF就可以了，不需要再去計(jì)算和考量太多。

4、其他注意事項(xiàng)

在所有的IC器件的VCC和GND之間，都放一個(gè)0.1uF的高頻去耦電容，特別在布板的時(shí)候，這個(gè)0.1uF電容要盡可能的靠近IC，盡量很順利的與這個(gè) IC的VCC和GND連到一起。

審核編輯：湯梓紅