去耦電容??與??旁路電容??的區(qū)別

時間：2021-09-17 15:41:23

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[導(dǎo)讀]旁路電容是把電源或者輸入信號中的交流分量的干擾作為濾除對象。有了旁路電容，將電源5V中的交流分量——波動進(jìn)行濾除。將藍(lán)色波形變成粉紅色波形。一般來說，靠近電源放置。去耦電容是芯片的電源管腳，由于自身用電過程中信號跳變產(chǎn)生的電源管腳對外的波形輸出，我們用電容進(jìn)行濾除。把信號電源管腳...

旁路電容是把電源或者輸入信號中的交流分量的干擾作為濾除對象。

有了旁路電容，將電源5V中的交流分量——波動進(jìn)行濾除。將藍(lán)色波形變成粉紅色波形。一般來說，靠近電源放置。

去耦電容是芯片的電源管腳，由于自身用電過程中信號跳變產(chǎn)生的電源管腳對外的波形輸出，我們用電容進(jìn)行濾除。

把信號電源管腳，輸出干擾作為濾除對象，防止干擾信號返回電源。

尖峰電流的形成：

數(shù)字電路輸出高電平時從電源拉出的電流Ioh和低電平輸出時灌入的電流Iol的大小一般是不同的，即：Iol＞Ioh。以下圖的TTL與非門為例說明尖峰電流的形成：

輸出電壓如右圖（a）所示，理論上電源電流的波形如右圖（b），而實際的電源電流保險如右圖（c）。由圖（c）可以看出在輸出由低電平轉(zhuǎn)換到高電平時電源電流有一個短暫而幅度很大的尖峰。尖峰電源電流的波形隨所用器件的類型和輸出端所接的電容負(fù)載而異。

產(chǎn)生尖峰電流的主要原因是：

輸出級的T3、T4管短設(shè)計內(nèi)同時導(dǎo)通。在與非門由輸出低電平轉(zhuǎn)向高電平的過程中，輸入電壓的負(fù)跳變在T2和T3的基極回路內(nèi)產(chǎn)生很大的反向驅(qū)動電流，由于T3的飽和深度設(shè)計得比T2大，反向驅(qū)動電流將使T2首先脫離飽和而截止。T2截止后，其集電極電位上升，使T4導(dǎo)通?？墒谴藭rT3還未脫離飽和，因此在極短得設(shè)計內(nèi)T3和T4將同時導(dǎo)通，從而產(chǎn)生很大的ic4，使電源電流形成尖峰電流。圖中的R4正是為了限制此尖峰電流而設(shè)計。

這應(yīng)該是他們的本質(zhì)區(qū)別。去耦電容相當(dāng)于電池，避免由于電流的突變而使電壓下降，相當(dāng)于濾紋波。具體容值可以根據(jù)電流的大小、期望的紋波大小、作用時間的大小來計算。電容如果容值很大，對更高頻率的噪聲，基本無效。旁路電容就是針對高頻來的，也就是利用了電容的頻率阻抗特性。只是旁路電容一般是針對外部噪聲，也就是給開關(guān)噪聲提高一條低阻抗泄防途徑。高頻旁路電容一般比較小，根據(jù)諧振頻率一般是0.1u，0.01u等，而低頻旁路電容一般比較大，是10u或者更大，依據(jù)電路中分布參數(shù)，以及驅(qū)動電流的變化大小來確定。

旁路電容

旁路電容（bypass）是把輸入信號中的高頻噪聲作為濾除對象，把前級攜帶的高頻雜波濾除。

旁路電容的主要功能是產(chǎn)生一個交流分路，從而消去進(jìn)入易感區(qū)的那些不需要的能量。旁路電容一般作為高頻旁路器件來減小對電源模塊的瞬態(tài)電流需求。通常鋁電解電容和鉭電容比較適合作旁路電容，其電容值取決于PCB板上的瞬態(tài)電流需求，一般在10至470μF范圍內(nèi)。

去耦電容

去耦電容（decoupling）也稱退耦電容，是把芯片的電源腳的輸出的干擾作為濾除對象。去耦電容在集成電路電源和地之間的有兩個作用：一方面是本集成電路的蓄能電容，另一方面旁路掉該器件的高頻噪聲(電容對高頻阻抗小，將之瀉至GND)。

數(shù)字電路中，當(dāng)電路從一個狀態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種狀態(tài)時，就會在電源線上產(chǎn)生一個很大的尖峰電流，形成瞬變的噪聲電壓，會影響前級的正常工作。這就是耦合。對于噪聲能力弱、關(guān)斷時電流變化大的器件和ROM、RAM等存儲型器件，應(yīng)在芯片的電源線（Vcc）和地線（GND）間直接接入去耦電容。

數(shù)字電路中典型的去耦電容值是0.1μF。這個電容的分布電感的典型值是5μH。 0.1μF的去耦電容有5μH的分布電感，它的并行共振頻率大約在7MHz左右，也就是說，對于10MHz以下的噪聲有較好的去耦效果，對40MHz以上的噪聲幾乎不起作用。1μF、10μF的電容，并行共振頻率在20MHz以上，去除高頻噪聲的效果要好一些。每10片左右集成電路要加一片充放電電容，或1個蓄能電容，可選10μF左右。最好不用電解電容，電解電容是兩層薄膜卷起來的，這種卷起來的結(jié)構(gòu)在高頻時表現(xiàn)為電感。要使用鉭電容或聚碳酸酯電容。去耦電容的選用并不嚴(yán)格，可按C=1/F，即10MHz取0.1μF，100MHz取0.01μ。

案例分析：

采用去耦和不采用去耦的緩沖電路（測量結(jié)果）

為帶去耦電容器和不帶去耦電容器（C1 和C2）情況下用于驅(qū)動 R-C 負(fù)載的緩沖電路。我們注意到，在不使用去耦電容器的情況下，電路的輸出信號包含高頻 (3.8MHz) 振蕩。對于沒有去耦電容器的放大器而言，通常會出現(xiàn)穩(wěn)定性低、瞬態(tài)響應(yīng)差、啟動出現(xiàn)故障以及其它多種異常問題。

帶去耦合和不帶去耦合情況下的電流

電源線跡的電感將限制暫態(tài)電流。去耦電容與器件非常接近，因此電流路徑的電感很小。在暫態(tài)過程中，該電容器可在非常短的時間內(nèi)向器件提供超大量的電流。未采用去耦電容的器件無法提供暫態(tài)電流，因此放大器的內(nèi)部節(jié)點會下垂（通常稱為干擾）。無去耦電容的器件其內(nèi)部電源干擾會導(dǎo)致器件工作不連續(xù)，原因是內(nèi)部節(jié)點未獲得正確的偏置。

良好與糟糕 PCB 板面布局的對比

除了使用去耦電容器外，還要在去耦電容器、電源和接地端之間采取較短的低阻抗連接。將良好的去耦合板面布局與糟糕的布局進(jìn)行了對比。應(yīng)始終嘗試著讓去耦合連接保持較短的距離，同時避免在去耦合路徑中出現(xiàn)通孔，原因是通孔會增加電感。大部分產(chǎn)品說明書都會給出去耦合電容器的推薦值。如果沒有給出，則可以使用 0.1uF。

PCB布局時去耦電容擺放

對于電容的安裝，首先要提到的就是安裝距離。容值最小的電容，有最高的諧振頻率，去耦半徑最小，因此放在最靠近芯片的位置。容值稍大些的可以距離稍遠(yuǎn)，最外層放置容值最大的。但是，所有對該芯片去耦的電容都盡量靠近芯片。

下面的圖1就是一個擺放位置的例子。本例中的電容等級大致遵循10倍等級關(guān)系。

還有一點要注意，在放置時，最好均勻分布在芯片的四周，對每一個容值等級都要這樣。通常芯片在設(shè)計的時候就考慮到了電源和地引腳的排列位置，一般都是均勻分布在芯片的四個邊上的。因此，電壓擾動在芯片的四周都存在，去耦也必須對整個芯片所在區(qū)域均勻去耦。如果把上圖中的680pF電容都放在芯片的上部，由于存在去耦半徑問題，那么就不能對芯片下部的電壓擾動很好的去耦。

電容的安裝

在安裝電容時，要從焊盤拉出一小段引出線，然后通過過孔和電源平面連接，接地端也是同樣。這樣流經(jīng)電容的電流回路為：電源平面->過孔->引出線->焊盤->電容->焊盤->引出線->過孔->地平面，圖2直觀的顯示了電流的回流路徑。

第一種方法從焊盤引出很長的引出線然后連接過孔，這會引入很大的寄生電感，一定要避免這樣做，這是最糟糕的安裝方式。

第二種方法在焊盤的兩個端點緊鄰焊盤打孔，比第一種方法路面積小得多，寄生電感也較小，可以接受。

第三種在焊盤側(cè)面打孔，進(jìn)一步減小了回路面積，寄生電感比第二種更小，是比較好的方法。

第四種在焊盤兩側(cè)都打孔，和第三種方法相比，相當(dāng)于電容每一端都是通過過孔的并聯(lián)接入電源平面和地平面，比第三種寄生電感更小，只要空間允許，盡量用這種方法。

最后一種方法在焊盤上直接打孔，寄生電感最小，但是焊接是可能會出現(xiàn)問題，是否使用要看加工能力和方式。

推薦使用第三種和第四種方法。

需要強(qiáng)調(diào)一點：有些工程師為了節(jié)省空間，有時讓多個電容使用公共過孔，任何情況下都不要這樣做。最好想辦法優(yōu)化電容組合的設(shè)計，減少電容數(shù)量。

由于印制線越寬，電感越小，從焊盤到過孔的引出線盡量加寬，如果可能，盡量和焊盤寬度相同。這樣即使是0402封裝的電容，你也可以使用20mil寬的引出線。引出線和過孔安裝如圖4所示，注意圖中的各種尺寸。

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