目錄

1. 概念

2. 去耦電容工作機(jī)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(chǔ)能電容，而這些作用又可以統(tǒng)稱為濾波。本文將詳細(xì)解讀一下三者之間的差別，并著重說(shuō)明一下去耦電容的設(shè)計(jì)方法。

1. 概念

? ? ? ?以下是從能量泄放角度對(duì)三者進(jìn)行的概念定義

? ? ? ?去耦電容：當(dāng)器件進(jìn)行高速開關(guān)時(shí)，把射頻能量從高頻器件的電源端泄放到電源分配網(wǎng)絡(luò)。

? ? ? ?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(shí)質(zhì)上是產(chǎn)生一個(gè)交流支路來(lái)把不希望的共模能量從易受影響的區(qū)域泄放掉。

? ? ? ?儲(chǔ)能電容：當(dāng)所用的信號(hào)引腳在最大容量負(fù)載下同時(shí)開關(guān)時(shí)，用來(lái)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(duì)高頻范疇，而儲(chǔ)能電容是針對(duì)與低頻范疇。去耦電容針對(duì)的是高頻差模信號(hào)，而旁路電容針對(duì)的是高頻共模信號(hào)。去耦電容和儲(chǔ)能電容都是給負(fù)載提供能量防止負(fù)載電壓波動(dòng)。

2. 去耦電容工作機(jī)理

? ? ? ?當(dāng)數(shù)字電路或芯片電路在工作時(shí)，其內(nèi)部的數(shù)字開關(guān)信號(hào)消耗電源的直流能量時(shí)，會(huì)在電源分配網(wǎng)絡(luò)中形成一個(gè)瞬時(shí)的電壓尖峰。這是因?yàn)樵谡麄€(gè)信號(hào)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(hào)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(gè)局部電感很小的電源，如下圖示。該去耦電容可以把信號(hào)電壓保持在一個(gè)恒定的參考點(diǎn)，防止電壓突變而產(chǎn)生的邏輯錯(cuò)誤，同時(shí)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(dòng)。這個(gè)Δu將驅(qū)動(dòng)著板上的地結(jié)構(gòu)和分配系統(tǒng)中的共模電流流向整個(gè)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(hào)頻率，單位Hz。

? ? ? ?在元器件選型時(shí)設(shè)計(jì)前期可以通過(guò)降低驅(qū)動(dòng)電流和工作頻率減小發(fā)射量；當(dāng)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(yuǎn)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(gè)小電阻或者一個(gè)高頻磁珠，來(lái)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(jìn)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(gè)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(yīng)滿足C＞ΔIΔt/Δu。芯片的開關(guān)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(shí)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(shí)這種情況下要做到以下幾點(diǎn)：

1.電容盡量靠近芯片引腳放置；

2.走線盡量短粗，能滿足長(zhǎng)寬比小于3最好；

3.過(guò)孔數(shù)量盡量少，因?yàn)檫^(guò)孔會(huì)增加走線的自身電感。

需要謹(jǐn)記一點(diǎn)：低頻信號(hào)走電阻最低路徑，高頻信號(hào)走阻抗最低路徑。

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