芯片电源附近为什么放置的是0.1uF电容

日常使用情况

我们在电源滤波电路上可以看到各种各样的电容，100uF、10uF、100nF、10nF不同的容值，而在我们使用中常常会在芯片电源附近放置0.1uF电容，以TB67S109AFNG应用手册为例，其中推荐使用的也是0.1uF的电容

 电容的特性

数字电路要运行稳定可靠，电源一定要”干净“，并且能量补充一定要及时，也就是滤波去耦一定要好。什么是滤波去耦，简单的说就是在芯片不需要电流的时候存储能量，在需要电流的时候又能及时地补充能量。在低频的时候可以由DC/DC、LDO可以搞定，但高速的数字系统就不一样了。

先来看看电容，电容的作用简单来说就是存储电荷。我们都知道在电源中要加电容滤波，在每个芯片的电源脚放置一个0.1uF的电容去耦。但是，怎么有些板子芯片的电源脚旁边的电容是0.1uF的或者0.01uF的，有什么讲究吗？

首先我们需要了解电容的实际特性。理想的电容它只是一个电荷的存储器，即C，而实际制造出来的电容却不是那么简单。分析电源完整性的时候我们常用的电容模型如图1所示。

                                      图1

图1中，ESR是电容的串联等效电阻，ESL是电容的串联等效电感，C才是真正的理想电容。ESR和ESL是由电容的制造工艺和材料决定的，没法消除。那这两个东西对电路有什么影响？ESR影响电源的纹波，ESL影响电容的滤波频率特性。

我们知道：

电容的容抗：   Zc=1/ωC

电感的感抗：    Zl=ωL，ω=2πf

实际电容的复阻抗为：

Z=ESR+jωL-1/jωC=ESR+j2πf L-1/j2πf C

可见，当频率很低的时候是电容起作用，而频率高到一定程度电感的作用就不可忽视了；再高的时候电感就起主导作用了，电容就失去滤波的作用了。所以记住，高频的时候电容就不是单纯的电容了。实际电容的滤波曲线如图2所示

 

图2

上面说了，电容的等效串联电感是由电容的制造工艺和材料决定的。实际的贴片陶瓷电容，ESL从零点几nH到几个nH不等，封装越小ESL就越小。

从图2中看出，电容的滤波曲线并不是平坦的，它像一个’V’，也就是说有选频特性。有时候我们希望它越平越好（前级的板级滤波），而有时候希望它越尖越好（滤波或陷波）。

影响这个特性的是电容的品质因素Q：

Q=1/ωCESR

ESR越大，Q就越小，曲线就越平坦；反之ESR越小，Q就越大，曲线就越尖。

通常钽电容和铝电解有比较小的ESL，而ESR大，所以钽电容和铝电解具有很宽的有效频率范围，非常适合前级的板级滤波。也就是说，在DC/DC或者LDO的输入级，常常用较大容量的钽电容来滤波。而在靠近芯片的地方放一些10uF和0.1uF的电容来去耦，陶瓷电容有很低的ESR。

那到底在靠近芯片的管脚处放置0.1uF还是0.01uF，实际是按照频率来选择的：