1.1.3 線路噪聲過濾 僅僅電源位面系統(tǒng)無法減小線路噪聲。由于不論使用怎樣的電源分配方案，整個系統(tǒng)都會產(chǎn)生足夠?qū)е聠栴}發(fā)生的噪聲，額外的過濾措施是必需的。這一任務(wù)由旁路電容完成。一般來說，一個 1uf-10uf 的電容將被放在系統(tǒng)的電源接入端，板上每個設(shè)備的電源腳與地線腳之間應(yīng)放置一個 0.01uf-0.1uf 的電容。 旁路電容就是過濾器。放在電源接入端的大電容（約 10uf）用來過濾PCB板產(chǎn)生的低頻（比如 60hz 線路頻率） 。板上工作中的設(shè)備產(chǎn)生的噪聲會產(chǎn)生從 100mhz 到更高頻率間的合共振（harmonics） 。每個芯片間都要放置旁路電容，這些電容比較小，大約 0.1u 左右。 由于我們的目的是過濾掉電源供應(yīng)中的 AC 成分，所以電容似乎越大越好，最大限度的減小了阻抗。但是，這樣想沒有考慮到現(xiàn)實(shí)條件的電容并不具有理想條件下的那些特性。理想條件下的電容，如圖 3a，實(shí)際的電容則如圖 3b。圖 3 電容模型電阻和電感是由組成電容的金屬板和石墨板造成的。由于它們寄生于電容，于是被稱為等級電阻（ESR）和等級電感 (ESL)，因此電容是一系列共鳴的電路，因?yàn)椋河蓤D4a看出，在小于FR的時候，它是電容性的，而大于FR的時候，它是電感性的。a） 電容阻抗與頻率的關(guān)系 b） 在同等結(jié)構(gòu)之下減小電容容量的效果圖4 頻率于電容阻抗的關(guān)系 因此，電容器更像一個針對一個帶寬的過濾器（band-reject filter），而不是一個高頻過濾器（high-frequency-reject filter.）。 舉個例子來說，一個10u的用作板電源連接的電容通常是由一卷用絕緣材料隔開的金屬帛組成（圖5）。這樣造成了很大的ESL和ESR。由于ESL很大，F(xiàn)R一般在1MHz以下。它們是良好的對付60赫茲噪聲的過濾器，但是對于100MHZ及更高頻率的跳變（swtching）噪聲就不太理想了。 容量>uF電容的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖5 大電容的結(jié)構(gòu)ESK，ESR決定于制造電容的絕緣材料和電容構(gòu)造，而不是電容的大小。想要降低高頻噪聲，憑借相同種類的大電容是無法解決的。在低于一個小電容的FR的時候，一個大電容的阻抗比這個小電容的阻抗要小，但是當(dāng)高于FR的時候，ESL占據(jù)了主導(dǎo)，這時候大電容與小電容的阻抗沒有區(qū)別（圖4b）。因?yàn)閮H僅電容值改變了，除非電容的構(gòu)造改變，否則ESL不會改變。若要過濾高頻，必須用一個ESL低的電容替換當(dāng)前的電容。為了不同的頻率及應(yīng)用，有不同種類的電容可供選擇，表格1給出一些介紹：表1 推薦在不同頻率下使用的旁路電容表 低ESL電容通常由非鐵磁材料制成，有較小的電壓－電容乘積。所以，制造具有實(shí)用的崩潰電壓（防止板漏）的大電容是很困難的。不過，由于較好的過濾特性，大值電容可能并不需要。 圖6比較了一個C0G型號0.01uF的電容和一個另外種類0.1uF的電容。 我們發(fā)現(xiàn)0.01uF電容在頻率高時過濾得比較好。圖 7 幾種電容的濾波效果 電容器圖向我們顯示， 每種電容器都有一個有限的頻率有效范圍。 一個系統(tǒng)既有低頻噪聲，又有高頻噪聲，為此，我們希望能夠?qū)㈩l率有限范圍擴(kuò)大。為實(shí)現(xiàn)這一目的，我們可以將一個高電容，低ESL的設(shè)備與一個低電容，極低ESL的設(shè)備并聯(lián)。圖7顯示這樣做可以顯著提高有效過濾頻率范圍。圖 7 X7R 與C0G兩種結(jié)構(gòu)電容的頻率響應(yīng)1.1.4 旁路電容的放置 選擇好過濾電容之后， 需要將它們放置到板子上。 圖8a描述低速板放置電容的一般標(biāo)準(zhǔn)。電容應(yīng)放在接近設(shè)備的頂部以保證其有效性。雖然畫圖很簡單，但是這樣并不能提供最快的系統(tǒng)性能。 我們注意到VCC電容很接近芯片接VCC的位置，但是接地端卻很遠(yuǎn)。因?yàn)樵肼曉谝粋€電源平面上并不是均衡的，電容并不過濾芯片導(dǎo)線（chip leads）產(chǎn)生的噪聲；它只過濾芯片附近的噪聲。為達(dá)到良好的性能，應(yīng)該使芯片與電容在同一點(diǎn)上接VCC和接地。因?yàn)殡娙莸某叽缗c芯片的尺寸是不同的，所以有必要從VCC和地線接入點(diǎn)分別引兩條線到電容器。如圖8b。這些“延長導(dǎo)線”放在無電源平面上，而且越短越好。通常，最好將電容放在板子的正對面，芯片的正下方。一個表貼芯片放在那里可以得到很好的工作效果。注意：從電容到電源管腳布下的“延長導(dǎo)線（lead extension）”可能占用了原本用來布信號線的位置。但是，現(xiàn)在就在布置（routing）信號線花費(fèi)一些額外的精力可以減少以后為減小噪聲需要做的工作。 對于有多個VCC和地線管腳的設(shè)備，最佳的旁路取決于設(shè)備本身。特別決定于電源管腳是否是內(nèi)部連接的（connected internally）。對于這樣的設(shè)備，只需要旁路一個地線管腳到一個VCC管腳。 若電源在內(nèi)部是分散開的， 這些分開的VCC管腳需要分別去耦 （decoupled） ?？傮w來說，最好與設(shè)備供應(yīng)商聯(lián)系，聽取他們的建議。