前一節(jié)我們已經(jīng)詳細(xì)解釋了旁路電容在數(shù)字電路系統(tǒng)中所起的基本且重要作用，即儲(chǔ)能與為高頻噪聲電流提供低阻抗路徑，盡管還并未給旁路電容的這些功能概括一個(gè)“高大上”的名字，然而旁路電容所起的終極作用就是為了電源完整性（Power Integrity, PI）電容100，它與信號(hào)完整性（Signal Integrity, SI）均為高速數(shù)字PCB設(shè)計(jì)中的重要組成部分，后續(xù)有機(jī)會(huì)我們將會(huì)進(jìn)行詳細(xì)講解。

事實(shí)上，旁路電容的這兩個(gè)基本功能在某種意義上來(lái)講是完全統(tǒng)一的：你可以認(rèn)為旁路電容的儲(chǔ)能為高頻開(kāi)關(guān)切換（充電）提供瞬間電荷，從而避免開(kāi)關(guān)產(chǎn)生的高頻噪聲向距離芯片更遠(yuǎn)的方向擴(kuò)散，因?yàn)殚_(kāi)關(guān)切換需要的能量已經(jīng)在靠近芯片的旁路電容中獲取到了，你也可以認(rèn)為旁路電容提供了高頻噪聲電流的低阻抗路徑，從而避免了高頻開(kāi)關(guān)時(shí)需要向更遠(yuǎn)的電源索取瞬間電荷能量。

有一定經(jīng)驗(yàn)的工程師都會(huì)發(fā)現(xiàn)：旁路電容的容值大多數(shù)為0.1uF（100nF），這也是數(shù)字電路中最常見(jiàn)的，如下圖所示為FPGA芯片的旁路電容：

那這個(gè)值是怎么來(lái)的呢？這一節(jié)我們就來(lái)討論一下這個(gè)問(wèn)題。

前面已經(jīng)提到過(guò)，實(shí)際的電容器都有自諧振頻率，考慮到這個(gè)因素，作為數(shù)字電路旁路電容的容量一般不超過(guò) 1uF，當(dāng)然，容量太小也不行，因?yàn)閮?chǔ)存的電荷無(wú)法滿(mǎn)足開(kāi)關(guān)切換時(shí)瞬間要求的電荷，那旁路電容的容量到底應(yīng)該至少需要多大呢？我們用最簡(jiǎn)單的反相器邏輯芯片（74HC04）實(shí)例計(jì)算一下就知道了。

實(shí)際芯片的每個(gè)邏輯門(mén)基本結(jié)構(gòu)如下圖所示（以下均來(lái)自Philips 74HC04數(shù)據(jù)手冊(cè)）

而每個(gè)CMOS反相器的基本結(jié)構(gòu)如下圖所示（具體參考文章【邏輯門(mén)（1）】）：

每個(gè)邏輯非門(mén)（Gate）由三個(gè)反相器串聯(lián)組成，如下圖所示（芯片為什么會(huì)這樣設(shè)計(jì)可參考文章“邏輯門(mén)”）：

上圖中，CI表示芯片信號(hào)引腳的輸入電容（Input capacitance），CL表示輸出負(fù)載電容（Output Load capacitance）。對(duì)于每一級(jí)反相器，后一級(jí)反相器的輸入電容CI即作為前一級(jí)開(kāi)關(guān)的輸出負(fù)載電容，當(dāng)然，反相器開(kāi)關(guān)本身也會(huì)有一定的輸出寄生電容，它們也包含在CL內(nèi)，一個(gè)邏輯非門(mén)（包含三個(gè)反相器）的所有等效負(fù)載電容就是內(nèi)部邏輯陣列開(kāi)關(guān)在切換時(shí)需要向電源VDD索取能量的來(lái)源（換言之，開(kāi)關(guān)切換時(shí)需要對(duì)這個(gè)等效負(fù)載電容進(jìn)行充放電操作），這個(gè)邏輯陣列開(kāi)關(guān)等效電容在數(shù)據(jù)手冊(cè)中通常用CPD（power dissipation capacitance per gate）表示，如下圖所示 ：

注意：在這個(gè)數(shù)據(jù)手冊(cè)中，CPD是一個(gè)邏輯非門(mén)（Per Gate）的開(kāi)關(guān)等效電容。

在74HC04芯片中，CPD就相當(dāng)于是CL1、CL2、CL3的等效電容（不一定是簡(jiǎn)單的相加），而CL4取決于芯片外接負(fù)載，因此，我們也可以將電路等效如下圖所示：

有人問(wèn)：這個(gè)公式怎么來(lái)的？權(quán)威么？我書(shū)讀得少，不要騙我！數(shù)據(jù)手冊(cè)中有呀，如下圖所示：

上圖中的公式分成了兩個(gè)部分，但結(jié)構(gòu)是一模一樣的，前面一部分與我們給出的公式是相同的，表示芯片內(nèi)部邏輯陣列開(kāi)關(guān)等效負(fù)載電容CPD的功耗，而后一部分與芯片外接負(fù)載CL有關(guān)（也稱(chēng)之為等效IO開(kāi)關(guān)電容），輸出引腳IO連接有多少個(gè)負(fù)載，就將相應(yīng)負(fù)載電容CL的功耗全部計(jì)算起來(lái)電容100，如下圖所示：

有人問(wèn)：輸入電容CI就不計(jì)算進(jìn)去嗎？乖乖，對(duì)于芯片輸出引腳連接的負(fù)載而言，負(fù)載的輸入電容CI就是引腳的等效負(fù)載電容CL呀，輸出負(fù)載連接（并聯(lián)）越多，則等效負(fù)載電容CL就越大，消耗的功率也就越大，如下圖所示：

一般而言，CL（CI）值是總是相對(duì)容易找到的，數(shù)據(jù)手冊(cè)中通常都會(huì)有，因?yàn)檩敵鲞B接什么負(fù)載你肯定是知道的，但CPD卻不一定在數(shù)據(jù)手冊(cè)能查得到，因此，我們?cè)谟?jì)算芯片的功耗時(shí)可能會(huì)分為芯片內(nèi)與芯片外兩個(gè)部分。