硬件電路：旁路電容/去耦電容的區(qū)別分析

本文作者是一位女工程師，作為一名偏軟件的嵌入式工程師，在硬件領(lǐng)域會(huì)碰到各種orz問(wèn)題，此文為其工作中真是遇到的經(jīng)驗(yàn)記錄，希望對(duì)我們也有所啟發(fā)。

最近工作重心由軟件漸漸向硬件偏移,畫pcb,PCB我是不感興趣的只當(dāng)復(fù)習(xí)玩玩，無(wú)聊畫板之余研究一下原理圖硬件電路設(shè)計(jì)才真正接受畫板工作的原因(因?yàn)橛布�到現(xiàn)在還是我的“硬傷”).....

今天在看CAN總線資料時(shí)突然看到can原理圖TJA1050CAN收發(fā)器電源管腳外接電源時(shí)節(jié)了一個(gè)電容到地，突然想起昨天同事順子跟我說(shuō)布線時(shí)電源要先連接電容再接到芯片電源管腳那時(shí)不知所云，但是今天又遇到所以便開始了我的“瞎琢磨”....

1.jpg

一連串的發(fā)問(wèn)：

這個(gè)電容到底有什么用呢?

為什么用的是0.1uf大小的電容，這個(gè)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(lái)說(shuō)是“旁路電容”和“去耦電容”：

一.定義和區(qū)別

旁路(bypass)電容：是把輸入信號(hào)中的高頻成分作為濾除對(duì)象;

去耦(decoupling)電容：也稱退耦電容，是把輸出信號(hào)的干擾作為濾除對(duì)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。

2.jpg

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:

去耦電容主要有2個(gè)作用：

(1)去除高頻信號(hào)干擾;

(2)蓄能作用;(而實(shí)際上，芯片附近的電容還有蓄能的作用，這是第二位的)

高頻器件在工作的時(shí)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(zhǎng)，在頻率很高的情況下，阻抗Z=i*wL+R，線路的電感影響也會(huì)非常大，會(huì)導(dǎo)致器件在需要電流的時(shí)候，不能被及時(shí)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(gè)去耦電容，這樣交流分量就從這個(gè)電容接地。)

附加：

所謂的藕合：是在前后級(jí)間傳遞信號(hào)而不互相影響各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)的元件有源器件在開關(guān)時(shí)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(gè)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(lái)說(shuō)，總是存在驅(qū)動(dòng)的源和被驅(qū)動(dòng)的負(fù)載。如果負(fù)載電容比較大，驅(qū)動(dòng)電路要把電容充電、放電，才能完成信號(hào)的跳變，在上升沿比較陡峭的時(shí)候，電流比較大，這樣驅(qū)動(dòng)的電流就會(huì)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(huì)產(chǎn)生反彈)，這種電流相對(duì)于正常情況來(lái)說(shuō)實(shí)際上就是一種噪聲，會(huì)影響前級(jí)的正常工作。這就是耦合。去耦電容就是起到一個(gè)電池的作用，滿足驅(qū)動(dòng)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(gè)值有沒有要求?

有源器件在開關(guān)時(shí)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(gè)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(gè)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(gè)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，計(jì)算方法為

1.jpg

也就是說(shuō)，對(duì)于10MHz以下的噪聲有較好的去耦效果，對(duì)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(gè)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(lái)的，這種卷起來(lái)的結(jié)構(gòu)在高頻時(shí)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(lái)計(jì)算，即10MHz取0.1μF，100MHz取0.01μF。