浅谈退耦电容和旁路电容对于芯片和电源的重要

        依稀记得自己大二的时候第一次做多个电路板连接的系统时，每个模块分开测试都没问题，阻抗匹配也做好了，但连接起来就出问题，一直无法解决。后面去咨询了尹老师，才知道是电路之间通过电源互相影响导致的结果。

        因为我们所做的是数模混合电路，数字信号就相当于干扰源，而我们另一端的模拟信号是非常脆弱的，它是被干扰者。用万用表和示波器测试电源的时候就发现，电源并不“干净”，混入了一些尖脉冲，可能的我的布局不合理的原因。这个时候我们就需要一个旁路电容把这些外来者请到GND去。旁路就是给高频噪声提供低阻抗的通道，让高频噪声往这个电容上走，然后流向GND。

        一般来说，电源和GND之间，芯片的电源端和GND之间，都需要退耦和旁路电容以保证电路工作正常。

        那为什么电路需要退耦电容呢？

        退耦，就是指很多个芯片一起共用一个电源的时候，在每个芯片的电源端和地端都接上一个电容，该电容可以防止芯片内部进行开关动作或输出发生变化时，需要瞬时从电源线上抽取较大电流，该瞬时的大电流可能导致电源线上电压的降低，从而引起对自身和其他器件的干扰。为了减少这种干扰，需要在芯片附近设置一个储电的“小水池”以提供这种瞬时的大电流能力。简单的说，前级电路如果在某一瞬间突然需要从电源中抽取很大的电流，我这一级的芯片供电不会受到影响，这就是退耦。退耦电容应该直接连接在集成电路的电源管腿上。退耦电容能够有效的消除电路网络之间的寄生耦合，从而得名（我说的）。

        那么容值如何选取呢？退耦电容的容值选取要看前后电路网络工作电压之差有多大，压差越大，退耦电容就要越大。退耦滤波电容的取值通常为 47~200 μF。

        而关于旁路电容，它的原理就是滤波，我们一般选取大并小的方式（大电容再并联一个小电容）这是因为大电容体积过大，其中电感量也会增加，在高频时效果不理想，所以需要一个小电容补足。

 以下是选取方式

电源输入端跨接一个 10～ 100uF 的电解电容器，如果印制电路板 的位置允许，采用 100uF 以上的电解电容器的抗干扰效果会更好。

● 为每个集成电路芯片配置一个 0.01uF 的陶瓷电容器。 如遇到印制

电路板空间小而装不下时， 可每 4 ～ 10 个芯片配置一个 1～ 10uF 钽电 解电容器， 这种器件的频阻抗特别小， 在 500kHz ～ 20MHz 范围内阻 抗小于 1 Ω，而且漏电流很小（ 0.5uA 以下）。

● 对于噪声能力弱、 关断时电流变化大的器件和 ROM、 RAM 等存储型 器件， 应在芯片的电源（Vcc ）和地线 （ GND ）间直接接入去耦电容。

● 去耦电容的引线不能过长，特别是高频旁路电容不能带引线。

● 在印制板中有接触器、继电器、按钮等元件时．操作它们时均会 产生较大火花放电， 必须 RC 电路来吸收放电电流。 一般 R 取 1 ~ 2K ， C取 2.2 ~ 47UF 。

● CMOS 的输入阻抗很高，且易受感应，因此在使用时对不用端要接地或接正电源。

● 设计时应确定使用高频低频中频三种去耦电容，中频与低频去耦电容可根据器件与PCB功耗决定 , 可分别选 47-1000uF 和 470-3300uF ； 高频电容计算为 : C=P/V*V*F 。

● 每个集成电路一个去耦电容。每个电解电容边上都要加一个小的高频旁路电容。

● 用大容量的钽电容或聚酷电容而不用电解电容作电路充放电储能 电容。使用管状电时，外壳要接地。

        

配置电容的经验值

        

        好的高频去耦电容可以去除高到 1GHZ的高频成份。陶瓷片电容或多 层陶瓷电容的高频特性较好。 设计印刷线路板时， 每个集成电路的电 4源，地之间都要加一个去耦电容。去耦电容有两个作用：一方面是本 集成电路的蓄能电容， 提供和吸收该集成电路开门关门瞬间的充放电 能；另一方面旁路掉该器件的高频噪声。 数字电路中典型的去耦电容 为 0.1uf 的去耦电容有 5nH 分布电感，它的并行共振频率大约在 7MHz 左右，也就是说对于 10MHz以下的噪声有较好的去耦作用，对 40MHz 以上的噪声几乎不起作用。 1uf ， 10uf 电容，并行共振频率在 20MHz以上，去除高频率噪声的效 果要好一些。在电源进入印刷板的地方和一个 1uf 或 10uf 的去高频 电容往往是有利的，即使是用电池供电的系统也需要这种电容。 每 10 片左右的集成电路要加一片充放电电容，或称为蓄放电容，电 容大小可选 10uf 。最好不用电解电容，电解电容是两层溥膜卷起来 的，这种卷起来的结构在高频时表现为电感， 最好使用胆电容或聚碳 酸酝电容。 去耦电容值的选取并不严格， 可按 C=1/f 计算；即 10MHz 取 0.1uf 。