退耦电容与旁路电容

默认分类 2008-03-13 13:32:17 阅读601 评论1 字号：大中小 

电容分基本上可为两大类： 耦合电容，储能电容。

去耦电容在集成电路电源和地之间的有两个作用：一方面是本集成电路的蓄能电容，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值是0.1μF。这个电容的分布电感的典型值是5μH。0.1μF的去耦电容有5μH的分布电感，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效果，对40MHz以上的噪声几乎不起作用。1μF、10μF的电容，并行共振频率在20MHz以上，去除高频噪声的效果要好一些。每10片左右集成电路要加一片充放电电容，或1个蓄能电容，可选10μF左右。最好不用电解电容，电解电容是两层薄膜卷起来的，这种卷起来的结构在高频时表现为电感。要使用钽电容或聚碳酸酯电容。去耦电容的选用并不严格，可按C=1/F，即10MHz取0.1μF，100MHz取0.01μF。 

滤波电容用在电源整流电路中，用来滤除交流成分。使输出的直流更平滑。 

去耦电容用在放大电路中不需要交流的地方，用来消除自激，使放大器稳定工作。 

旁路电容用在有电阻连接时，接在电阻两端使交流信号顺利通过。

1.关于去耦电容蓄能作用的理解

1）去耦电容主要是去除高频如RF信号的干扰，干扰的进入方式是通过电磁辐射。

      而实际上，芯片附近的电容还有蓄能的作用，这是第二位的。

    你可以把总电源看作密云水库，我们大楼内的家家户户都需要供水，

    这时候，水不是直接来自于水库，那样距离太远了，

    等水过来，我们已经渴的不行了。

    实际水是来自于大楼顶上的水塔,水塔其实是一个buffer的作用。

    如果微观来看，高频器件在工作的时候，其电流是不连续的，而且频率很高，

    而器件VCC到总电源有一段距离，即便距离不长，在频率很高的情况下，

    阻抗Z＝i*wL+R，线路的电感影响也会非常大，

    会导致器件在需要电流的时候，不能被及时供给。

    而去耦电容可以弥补此不足。

    这也是为什么很多电路板在高频器件VCC管脚处放置小电容的原因之一

  （在vcc引脚上通常并联一个去藕电容，这样交流分量就从这个电容接地。）

2）有源器件在开关时产生的高频开关噪声将沿着电源线传播。去耦电容的主要功能就是提供  

    一 个局部的直流电源给有源器件，以减少开关噪声在板上的传播和将噪声引导到地

2.旁路电容和去耦电容的区别

    去耦：去除在器件切换时从高频器件进入到配电网络中的RF能量。去耦电容还可以为器件    供局部化的DC电压源，它在减少跨板浪涌电流方面特别有用。 

旁路：从元件或电缆中转移出不想要的共模RF能量。这主要是通过产生AC旁路消除无意的能量进入敏感的部分，另外还可以提供基带滤波功能（带宽受限）。 

我们经常可以看到，在电源和地之间连接着去耦电容，它有三个方面的作用：一是作为本集成电路的蓄能电容；二是滤除该器件产生的高频噪声，切断其通过供电回路进行传播的通路；三是防止电源携带的噪声对电路构成干扰。 

    在电子电路中，去耦电容和旁路电容都是起到抗干扰的作用，电容所处的位置不同，称呼就不一样了。对于同一个电路来说，旁路（bypass）电容是把输入信号中的高频噪声作为滤除对象，把前级携带的高频杂波滤除，而去耦（decoupling）电容也称退耦电容，是把输出信号的干扰作为滤除对象。

补充：电容器选用及使用注意事项：

1，一般在低频耦合或旁路，电气特性要求较低时，可选用纸介、涤纶电容器；在高频高压电路中，应选用云母电容器或瓷介电容器；在电源滤波和退耦电路中，可选用电解电容器。

2，在振荡电路、延时电路、音调电路中，电容器容量应尽可能与计算值一致。在各种滤波及网（选频网络），电容器容量要求精确；在退耦电路、低频耦合电路中，对同两级精度的要求不太严格。 

3，电容器额定电压应高于实际工作电压，并要有足够的余地，一般选用耐压值为实际工作电压两倍以上的电容器。 

4，优先选用绝缘电阻高，损耗小的电容器，还要注意使用环境。

从电路来说，总是存在驱动的源和被驱动的负载。如果负载电容比较大，驱动电路要把电容充电、放电，才能完成信号的跳变，在上升沿比较陡峭的时候，电流比较大，这样驱动的电流就会吸收很大的电源电流，由于电路中的电感，电阻（特别是芯片管脚上的电感，会产生反弹），这种电流相对于正常情况来说实际上就是一种噪声，会影响前级的正常工作。这就是耦合。

去藕电容就是起到一个电池的作用，满足驱动电路电流的变化，避免相互间的耦合干扰。

旁路电容实际也是去藕合的，只是旁路电容一般是指高频旁路，也就是给高频的开关噪声提高一条低阻抗泄防途径。高频旁路电容一般比较小，根据谐振频率一般是0.1u，0.01u等，而去耦合电容一般比较大，是10u或者更大，依据电路中分布参数，以及驱动电流的变化大小来确定。

去耦

    在直流电源回路中，负载的变化会引起电源噪声。例如在数字电路中，当电路从一个状态转换为另一种状态时，就会在电源线上产生一个很大的尖峰电流，形成瞬变的噪声电压。配置去耦电容可以抑制因负载变化而产生的噪声，是印制电路板的可靠性设计的一种常规做法，配置原则如下： 

●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，这种器件的高频阻抗特别小，在500kHz～20MHz范围内阻抗小于1Ω，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，应在芯片的电源线（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。

旁路电容的主要功能是产生一个交流分路，从而消去进入易感区的那些不需要的能量。旁路电容一般作为高频旁路器件来减小对电源模块的瞬态电流需求。通常铝电解电容和钽电容比较适合作旁路电容，其电容值取决于PCB板上的瞬态电流需求，一般在10至470µF范围内。若PCB板上有许多集成电路、高速开关电路和具有长引线的电源，则应选择大容量的电容。 

    去耦电容  

有源器件在开关时产生的高频开关噪声将沿着电源线传播。去耦电容的主要功能就是 提供一个局部的直流电源给有源器件，以减少开关噪声在板上的传播和将噪声引导到地。 实际上，旁路电容和去耦电容都应该尽可能放在靠近电源输入处以帮助滤除高频噪声。去耦电容的取值大约是旁路电容的1/100到1/1000。为了得到更好的EMC特性，去耦电容还 应尽可能地靠近每个集成块（IC），因为布线阻抗将减小去耦电容的效力。 陶瓷电容常被用来去耦，其值决定于最快信号的上升时间和下降时间。例如，对一个 33MHz的时钟信号，可使用4.7nF到100nF的电容；对一个100MHz时钟信号，可使用10nF的电容。 选择去耦电容时，除了考虑电容值外，ESR值也会影响去耦能力。为了去耦，应该选 择ESR值低于1欧姆的电容。 

    两者的区别： 

从电路来说，总是存在驱动的源和被驱动的负载。如果负载电容比较大，驱动电路要把电容充电、放电，才能完成信号的跳变，在上升沿比较陡峭的时候，电流比较大，这样驱动的电流就会吸收很大的电源电流，由于电路中的电感，电阻（特别是芯片管脚上的电感，会产生反弹），这种电流相对于正常情况来说实际上就是一种噪声，会影响前级的正常工作。这就是耦合。 

去藕电容就是起到一个电池的作用，满足驱动电路电流的变化，避免相互间的耦合干扰。 旁路电容实际也是去藕合的，只是旁路电容一般是指高频旁路，也就是给高频的开关噪声提高一条低阻抗泄防途径。高频旁路电容一般比较小，根据谐振频率一般是0.1u，0.01u等，而去耦合电容一般比较大，是10u或者更大，依据电路中分布参数，以及驱动电流的变化大小来确定。 

旁路是把输入信号中的干扰作为滤除对象，而去耦是把输出信号的干扰作为滤除对象，防止干扰信号返回电源。这应该是他们的本质区别。 

一般滤波是用两个电容并联，一个大，一个小

如0.1UF 100PF 并联

这样大的可以滤除低频，而且还可以蓄容，是电压纹波降低

而小的电容滤除高频。起旁路作用

因为电容的特性是通高频，阻低频

这样组合比较好

一般在高频地方，都接一个小电容，起旁路作用

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电容的本质是通交流，隔直流，理论上说电源滤波用电容越大越好。

但由于引线和PCB布线原因，实际上电容是电感和电容的并联电路，

（还有电容本身的电阻，有时也不可忽略）

这就引入了谐振频率的概念：ω=1/(LC)1/2

在谐振频率以下电容呈容性，谐振频率以上电容呈感性。

因而一般大电容滤低频波，小电容滤高频波。

这也能解释为什么同样容值的STM封装的电容滤波频率比DIP封装更高。

至于到底用多大的电容，这是一个参考

              电容谐振频率

电容值        DIP (MHz)      STM (MHz)

1.0μF                2.5                      5

0.1μF                  8                      16

0.01μF              25                      50

1000pF              80                    160

100 pF              250                    500

10 pF                800                1.6(GHz)

不过仅仅是参考而已，用老工程师的话说——主要靠经验。

更可靠的做法是将一大一小两个电容并联，

一般要求相差两个数量级以上，以获得更大的滤波频段。

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