去耦电容全攻略资料下载

Part 1 旁路电容和去耦电容基础知识 “旁路电容”和“去耦电容” 今天在看CAN总线资料时突然看到can原理图TJA1050 CAN收发器电源管脚外接电源时节了一个电容到地，突然想起昨天同事说布线时电源要先连接电容再接到芯片电源管脚那时不知所云，但是今天又遇到所以便开始了我的“瞎琢磨”.... 这个电容到底有什么用呢？ 为什么用的是0.1uf 大小的电容，这个值有没有要求？ 一查百度，发现他叫“旁路电容”，如果放在另外的位置它叫“去耦电容”，神奇呀！ 下面我们来说是“旁路电容”和“去耦电容”：（有点抄百度的节奏） 一、定义和区别 旁路（bypass）电容：是把输入信号中的高频成分作为滤除对象； 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。 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。 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。 二、作用 去耦电容主要有2个作用： （1）去除高频信号干扰； （2）蓄能作用；（而实际上，芯片附近的电容还有蓄能的作用，这是第二位） 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耦电容，这样交流分量就从这个电容接地。） 所谓的耦合：是在前后级间传递信号而不互相影响各级静态工作点的元件 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。 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。 去耦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。 三、为什么用的是0.1uf 大小的电容，这个值有没有要求？ 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。 去耦电容在集成电路电源和地之间有两个作用：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5nH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2MHz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，其电容值可按C=1/F来计算，即10MHz取0.1μF，100MHz取0.01μF。 简单总结——去耦电容和旁路电容都是起到抗干扰的作用。对于同一电路来说，旁路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，而去耦电容也称退耦电容，是把输出信号的干扰作为滤除对象。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。 Part 2 为什么IC需要自己的去耦电容？ 为什么IC需要自己的去耦电容？ 为了保证高频输入和输出。 每个集成电路(IC)都必须使用电容将各电源引脚连接到器件上的地，原因有二：防止噪声影响其本身的性能，以及防止它传输噪声而影响其它电路的性能。 电力线就像天线一样，可能会拾取其它地方的高频(HF)噪声，然后通过电场、磁场、电磁场和直接传导等方式耦合到系统中。电源端的高频噪声会影响许多电路的性能，因此，必须将IC电源上存在的任何高频噪声短接到地。为实现噪声短接，我们不能使用导体，因为它会造成直流短路，烧毁保险丝，但可以使用电容(通常为1nF至100nF)，它不仅能隔直，而且能实现高频噪声的短路连接。 1cm导线或PC走线具有大约8nH的电感(5Ω、100MHz时)，很难形成短路。用作高频短路的电容必须具有较低的引线和PC走线电感，因此，各电源电容必须非常靠近它去耦的IC的两个引脚。选择内部电感较低的电容也很重要，通常使用陶瓷电容。 许多IC中的电路会在电源端产生高频噪声，这种噪声也必须通过跨接在电源上的电容进行短路，以免破坏系统的其它部分。同样，引线和PC走线的长度至关重要：一方面，长引线会充当电感，使短路不够理想；另一方面，长导体会充当天线，通过电场、磁场和电磁场等方式将高频噪声传输到系统的其它部分。 因此，每个IC的每个电源引脚都应通过电感非常低的电容连接到IC的地引脚，地引脚可能有多个，必须利用较宽的低电感PC走线将所有地引脚接合在一起，使之成为单个低阻抗等电位星型接地点，这一点非常重要。 采用去耦和不采用去耦的缓冲电路（测量结果） 为带去耦电容器和不带去耦电容器（C1 和C2）情况下用于驱动 R-C 负载的缓冲电路。我们注意到，在不使用去耦电容器的情况下，电路的输出信号包含高频 (3.8MHz) 振荡。对于没有去耦电容器的放大器而言，通常会出现稳定性低、瞬态响应差、启动出现故障以及其它多种异常问题。 带去耦合和不带去耦合情况下的电流 电源线迹的电感将限制暂态电流。 去耦电容与器件非常接近，因此电流路径的电感很小。在暂态过程中，该电容器可在非常短的时间内向器件提供超大量的电流。 未采用去耦电容的器件无法提供暂态电流，因此放大器的内部节点会下垂（通常称为干扰）。无去耦电容的器件其内部电源干扰会导致器件工作不连续，原因是内部节点未获得正确的偏置。 PCB板中去耦电容的分类 去耦电容在补偿集成片或电路板工作电压跌落时能起到储能作用。它可以分成整体的、局部的和板间的三种。整体去耦电容又称旁路电容，它工作于低频范围状态，为整个电路板提供一个电流源，补偿电路板工作时产生的ΔI噪声电流，保证工作电源电压的稳定。它的大小为PCB上所有负载电容和的50~100倍。它应放置在紧靠PCB外接电源线和地线的地方，印制线密度很高的地方。这不仅不会减小低频去耦，而且还会为PCB上布置关键性的印制线提供空间。 局部去耦电容有两个作用。 第一，出于功能上的考虑：通过电容的充放电使集成片得到的供电电压比较平稳，不会由于电压的暂时跌落导致集成片功能受到影响； 第二，出于EMC考虑：为集成片的瞬变电流提供就近的高频通道，使电流不至于通过环路面积较大的供电线路，从而大大减小向外的辐射噪声。同时由于各集成片拥有自己的高频通道，相互之间没有公共阻抗，抑止了其阻抗耦合。局部去耦电容安装在每个集成片的电源端子和接地端子之间，并尽量靠近集成片。