Part 1 旁路電容和去耦電容基礎(chǔ)知識 “旁路電容”和“去耦電容” 今天在看CAN總線資料時突然看到can原理圖TJA1050 CAN收發(fā)器電源管腳外接電源時節(jié)了一個電容到地，突然想起昨天同事說布線時電源要先連接電容再接到芯片電源管腳那時不知所云，但是今天又遇到所以便開始了我的“瞎琢磨”.... 這個電容到底有什么用呢？ 為什么用的是0.1uf 大小的電容，這個值有沒有要求？ 一查百度，發(fā)現(xiàn)他叫“旁路電容”，如果放在另外的位置它叫“去耦電容”，神奇呀！ 下面我們來說是“旁路電容”和“去耦電容”：（有點(diǎn)抄百度的節(jié)奏） 一、定義和區(qū)別 旁路（bypass）電容：是把輸入信號中的高頻成分作為濾除對象； 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。 高頻旁路電容一般比較小，根據(jù)諧振頻率一般是0.1u，0.01u等，而去耦合電容一般比較大，是10u或者更大。 二、作用 去耦電容主要有2個作用： （1）去除高頻信號干擾； （2）蓄能作用；（而實際上，芯片附近的電容還有蓄能的作用，這是第二位） 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(dǎo)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(bǔ)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)一個去耦電容，這樣交流分量就從這個電容接地。） 所謂的耦合：是在前后級間傳遞信號而不互相影響各級靜態(tài)工作點(diǎn)的元件 有源器件在開關(guān)時產(chǎn)生的高頻開關(guān)噪聲將沿著電源線傳播。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(dǎo)到地。 從電路來說，總是存在驅(qū)動的源和被驅(qū)動的負(fù)載。如果負(fù)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。 去耦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。 三、為什么用的是0.1uf 大小的電容，這個值有沒有要求？ 有源器件在開關(guān)時產(chǎn)生的高頻開關(guān)噪聲將沿著電源線傳播。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(dǎo)到地。 去耦電容在集成電路電源和地之間有兩個作用：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5nH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2MHz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(yán)格，其電容值可按C=1/F來計算，即10MHz取0.1μF，100MHz取0.01μF。 簡單總結(jié)——去耦電容和旁路電容都是起到抗干擾的作用。對于同一電路來說，旁路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。 Part 2 為什么IC需要自己的去耦電容？ 為什么IC需要自己的去耦電容？ 為了保證高頻輸入和輸出。 每個集成電路(IC)都必須使用電容將各電源引腳連接到器件上的地，原因有二：防止噪聲影響其本身的性能，以及防止它傳輸噪聲而影響其它電路的性能。 電力線就像天線一樣，可能會拾取其它地方的高頻(HF)噪聲，然后通過電場、磁場、電磁場和直接傳導(dǎo)等方式耦合到系統(tǒng)中。電源端的高頻噪聲會影響許多電路的性能，因此，必須將IC電源上存在的任何高頻噪聲短接到地。為實現(xiàn)噪聲短接，我們不能使用導(dǎo)體，因為它會造成直流短路，燒毀保險絲，但可以使用電容(通常為1nF至100nF)，它不僅能隔直，而且能實現(xiàn)高頻噪聲的短路連接。 1cm導(dǎo)線或PC走線具有大約8nH的電感(5Ω、100MHz時)，很難形成短路。用作高頻短路的電容必須具有較低的引線和PC走線電感，因此，各電源電容必須非?？拷ヱ畹腎C的兩個引腳。選擇內(nèi)部電感較低的電容也很重要，通常使用陶瓷電容。 許多IC中的電路會在電源端產(chǎn)生高頻噪聲，這種噪聲也必須通過跨接在電源上的電容進(jìn)行短路，以免破壞系統(tǒng)的其它部分。同樣，引線和PC走線的長度至關(guān)重要：一方面，長引線會充當(dāng)電感，使短路不夠理想；另一方面，長導(dǎo)體會充當(dāng)天線，通過電場、磁場和電磁場等方式將高頻噪聲傳輸?shù)较到y(tǒng)的其它部分。 因此，每個IC的每個電源引腳都應(yīng)通過電感非常低的電容連接到IC的地引腳，地引腳可能有多個，必須利用較寬的低電感PC走線將所有地引腳接合在一起，使之成為單個低阻抗等電位星型接地點(diǎn)，這一點(diǎn)非常重要。 采用去耦和不采用去耦的緩沖電路（測量結(jié)果） 為帶去耦電容器和不帶去耦電容器（C1 和C2）情況下用于驅(qū)動 R-C 負(fù)載的緩沖電路。我們注意到，在不使用去耦電容器的情況下，電路的輸出信號包含高頻 (3.8MHz) 振蕩。對于沒有去耦電容器的放大器而言，通常會出現(xiàn)穩(wěn)定性低、瞬態(tài)響應(yīng)差、啟動出現(xiàn)故障以及其它多種異常問題。 帶去耦合和不帶去耦合情況下的電流 電源線跡的電感將限制暫態(tài)電流。 去耦電容與器件非常接近，因此電流路徑的電感很小。在暫態(tài)過程中，該電容器可在非常短的時間內(nèi)向器件提供超大量的電流。 未采用去耦電容的器件無法提供暫態(tài)電流，因此放大器的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)會下垂（通常稱為干擾）。無去耦電容的器件其內(nèi)部電源干擾會導(dǎo)致器件工作不連續(xù)，原因是內(nèi)部節(jié)點(diǎn)未獲得正確的偏置。 PCB板中去耦電容的分類 去耦電容在補(bǔ)償集成片或電路板工作電壓跌落時能起到儲能作用。它可以分成整體的、局部的和板間的三種。整體去耦電容又稱旁路電容，它工作于低頻范圍狀態(tài)，為整個電路板提供一個電流源，補(bǔ)償電路板工作時產(chǎn)生的ΔI噪聲電流，保證工作電源電壓的穩(wěn)定。它的大小為PCB上所有負(fù)載電容和的50~100倍。它應(yīng)放置在緊靠PCB外接電源線和地線的地方，印制線密度很高的地方。這不僅不會減小低頻去耦，而且還會為PCB上布置關(guān)鍵性的印制線提供空間。 局部去耦電容有兩個作用。 第一，出于功能上的考慮：通過電容的充放電使集成片得到的供電電壓比較平穩(wěn)，不會由于電壓的暫時跌落導(dǎo)致集成片功能受到影響； 第二，出于EMC考慮：為集成片的瞬變電流提供就近的高頻通道，使電流不至于通過環(huán)路面積較大的供電線路，從而大大減小向外的輻射噪聲。同時由于各集成片擁有自己的高頻通道，相互之間沒有公共阻抗，抑止了其阻抗耦合。局部去耦電容安裝在每個集成片的電源端子和接地端子之間，并盡量靠近集成片。