目錄

一. 什么是去耦電容，為什么要去耦

1.簡(jiǎn)介

去耦（decoupling）電容也稱退耦電容，一般都安置在元件附近的電源處，用來(lái)濾除高頻噪聲，使電壓穩(wěn)定干凈，保證元件的正常工作。

2.分析

對(duì)于一個(gè)電路系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，一般有多個(gè)負(fù)載，這些負(fù)載的供電都來(lái)自于同一個(gè)電源

理想情況下，對(duì)于某個(gè)負(fù)載去耦電容，電源應(yīng)該是這樣子的

但是電路板上各個(gè)負(fù)載的工作都要?jiǎng)討B(tài)地吸收電流，造成的供電電壓的不穩(wěn)，變成了下面這樣子

也就是在5V的DC上疊加了各種高頻率的噪聲，這些噪聲是由于器件對(duì)供電電流的需求導(dǎo)致的電壓波動(dòng)，可以看成是在DC 5V上“耦和”了由于器件工作帶來(lái)的AC噪聲。

這樣耦和了AC的DC供電電壓不僅會(huì)影響本負(fù)載區(qū)域內(nèi)的電路的工作，也會(huì)影響到其它連接在同一個(gè)VCC上的其它負(fù)載的工作，有可能導(dǎo)致那些負(fù)載的電路工作出現(xiàn)問(wèn)題。

解決的方法就是在電源兩端并上一個(gè)小容量電容

從電源上看，沒(méi)有去耦電容的時(shí)候如左側(cè)的波形，加上了去耦電容之后變成了右側(cè)的樣子，供電電壓的波形變得干凈了，我們稱該電容的作用是去掉了耦和在干凈的DC上的噪聲，所以該電容被稱之為去耦電容，當(dāng)然也可以被稱之為旁路（Bypass）電容，因?yàn)樵撾娙輰C上耦和的噪聲給旁路到地上去了去耦電容，只留下干凈的DC給后續(xù)的電路供電。

在整個(gè)系統(tǒng)每個(gè)負(fù)載都加一個(gè)去耦電容

至于電源輸入端，也要加上電容去耦做輸入濾波，彌補(bǔ)負(fù)載的濾波指數(shù)不夠的情況

二. 去耦電容的選用

1.問(wèn)題

了解了什么是去耦電容后，那么問(wèn)題來(lái)了：

2.分析

在一個(gè)芯片（比如FPGA/MCU）的電源管腳上需要多個(gè)不同容值、不同類型的電容并聯(lián)達(dá)到較好的去耦效果

我們用來(lái)去耦的電容器（不論是哪一種）用于在電源線上的瞬態(tài)干擾期間快速提供電流，它們都不只有“電容”一個(gè)屬性，還有兩個(gè)阻礙電流流動(dòng)的部分：電阻（ESR） - 無(wú)論頻率如何都呈現(xiàn)固定阻抗; 電感（ESL）- 隨著頻率的增加其阻抗也變得更高。而這三部分的值與電容的類型、容值、封裝都有很大的關(guān)系。

作為最常用的去耦神器 - 陶瓷電容具有很低的ESR和ESL（它們也很便宜），其次是鉭電容，提供適中的ESR和ESL，但相對(duì)有較高的電容/體積比，因此它們用于更高值的旁路電容，用于補(bǔ)償電源線上的低頻變化。對(duì)于陶瓷和鉭電容，較大的封裝通常意味著較高的ESL。

下圖顯示了0.1μF，封裝為0603的陶瓷電容器的阻抗，該電容器具有850pH的ESL和50mΩ的ESR：

正如前面討論的，去耦電容的作用就是平滑掉高頻變動(dòng)的紋波電流，理想的電容器可以很容易地實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，因?yàn)殡娙萜鞯淖杩闺S著頻率的增加而降低。 但由于ESL的存在，在某個(gè)頻率下阻抗實(shí)際上隨頻率開(kāi)始上升，這個(gè)頻率點(diǎn)又被稱為自諧振頻率點(diǎn)。 我們?cè)賹?duì)比一下1μF的鉭電容器，它有2200pH的ESL和1.5Ω的ESR。

由于其較高的電容值，鉭電容器的阻抗在開(kāi)始階段低于陶瓷的阻抗，但是較高的ESR和ESL的影響導(dǎo)致阻抗在100kHz附近變平，在1MHz-10MHz高于陶瓷電容的阻抗，在10MHz附近高出陶瓷的阻抗10倍。設(shè)想一下，如果電路中的噪聲頻率是在10MHz左右，即使鉭具有更高的電容，也不如放置一顆0.1μF的陶瓷電容更有效。 如果我們要旁路掉更高頻率的噪聲，即使這個(gè)陶瓷電容也會(huì)存在太大的阻抗，我們就需要更低的ESL，也就是更小的封裝。

下圖左側(cè)表明兩個(gè)同樣是0603封裝的電容并不改變其對(duì)高頻噪聲的去偶性能，只是相當(dāng)于去耦電容的容量為二者的和而已，后面看到這個(gè)容量對(duì)旁路噪聲的效果其實(shí)沒(méi)有什么差別；而下圖的右側(cè)，一個(gè)0.1μF封裝為0603的電容和100pF封裝為0402的電容并聯(lián)在一起，就可以覆蓋更寬的高頻范圍，能夠?qū)蓚€(gè)頻點(diǎn)的噪聲進(jìn)行去偶。