目錄

1. 概念

2. 去耦電容工作機理

3. 去耦電容大小選擇

4. 去耦電容PCB布局

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? ? ? ?電容在電路中不同作用有不同的稱呼去耦電容、旁路電容、儲能電容，而這些作用又可以統(tǒng)稱為濾波。本文將詳細解讀一下三者之間的差別，并著重說明一下去耦電容的設計方法。

1. 概念

? ? ? ?以下是從能量泄放角度對三者進行的概念定義

? ? ? ?去耦電容：當器件進行高速開關時，把射頻能量從高頻器件的電源端泄放到電源分配網(wǎng)絡。

? ? ? ?旁路電容：把不必要的高頻共模RF能量從元器件或線纜中泄放掉。它實質(zhì)上是產(chǎn)生一個交流支路來把不希望的共模能量從易受影響的區(qū)域泄放掉。

? ? ? ?儲能電容：當所用的信號引腳在最大容量負載下同時開關時，用來保持提供給器件的恒定直流電壓和電流。

? ? ? ?從概念定義可初步區(qū)分，去耦電容和旁路電容都是針對高頻范疇，而儲能電容是針對與低頻范疇。去耦電容針對的是高頻差模信號，而旁路電容針對的是高頻共模信號。去耦電容和儲能電容都是給負載提供能量防止負載電壓波動。

2. 去耦電容工作機理

? ? ? ?當數(shù)字電路或芯片電路在工作時，其內(nèi)部的數(shù)字開關信號消耗電源的直流能量時，會在電源分配網(wǎng)絡中形成一個瞬時的電壓尖峰。這是因為在整個信號回路中，存在局部電感，在沒有去耦電容的情況下，高頻交流信號的回路較大，局部電感自然也就比較大。去耦電容將能提供一個局部電感很小的電源，如下圖示。該去耦電容可以把信號電壓保持在一個恒定的參考點，防止電壓突變而產(chǎn)生的邏輯錯誤，同時還能減小噪聲的產(chǎn)生。

? ? ? ?如圖所示的Δu是L1di/dt在地線上產(chǎn)生的噪聲，它在去耦電容中流動。這個Δu將驅(qū)動著板上的地結構和分配系統(tǒng)中的共模電流流向整個電路板。因此去耦電容在PCB板上的布局第一原則是盡可能的靠近IC放置。

電路中的高頻差模RF能量的產(chǎn)生與IAf成正比。

其中I為環(huán)路電流，單位A；

A為環(huán)路面積，單位mm2；

F為電流信號頻率，單位Hz。

? ? ? ?在元器件選型時設計前期可以通過降低驅(qū)動電流和工作頻率減小發(fā)射量；當元器件定型后，PCB上的處理方案便是減小環(huán)路面積。

? ? ? ?同樣為了讓去耦電容的效果更好，根據(jù)去耦電容的原理，可以增加從遠端電源線吸收能量的難度，這樣就使得大部分能量從去耦電容獲得。這樣的方案可以在去耦電容前端增加一個小電阻或者一個高頻磁珠，來人為增加電源線的阻抗。

3. 去耦電容大小選擇

? ? ? ?在去耦電容大小選擇中，最通用的做法是按C=1/f進行選用，f為電路頻率，即10MHz頻率以下選用100nF，100MHz頻率以上選用10nF，10~100MHz之間10~100nF任意選擇。所以在芯片的電源端電容經(jīng)常是10uF并1個100nF。

? ? ? ?另外芯片與去耦電容兩端的電壓差Δu=LΔI/Δt需要小于器件的噪聲容限。從去耦電容為IC芯片提供所需要的電流角度考慮，其容量應滿足C＞ΔIΔt/Δu。芯片的開關電流ic的放電速度必須小于去耦電容電流的最大放電速度。這也是為何需要并用1uF或者4.7uF或10uF的去耦電容。

4. 去耦電容PCB布局

? ? ? ?去耦電容的PCB布局第一原則是盡可能的靠近芯片引腳放置。但在實際PCB中，受布局空間的限制，都不能理想地放在芯片引腳旁邊。此時這種情況下要做到以下幾點：

1.電容盡量靠近芯片引腳放置；

2.走線盡量短粗，能滿足長寬比小于3最好；

3.過孔數(shù)量盡量少，因為過孔會增加走線的自身電感。

需要謹記一點：低頻信號走電阻最低路徑，高頻信號走阻抗最低路徑。

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