简介
旁路电容常见于电子设备的每个工作部分。大多数工程师都知道要对系统、电路甚至每个芯片进行旁路。很多时候我们选择旁路电容是根据过往的设计经验而没有针对具体电路进行优化。本应用指南旨在对看似简单的旁路电容的设计思路进行探讨。在分析为什么要使用旁路电容之后，我们会介绍有关电容基础知识、等效电路、电介质所用材料和电容类型。
接下来对旁路电容的主要功能和使用场合进行区分。与仅工作在高频的电路不同，会产生大尖峰电流的电路有不同的旁路需求。另外还会讨论一些有针对性的问题，如,运用多个旁路电容以及电路板布局的重要性。
最后，我们给出了四个具体的示例。这四个例子涉及了高、低电流和高、低频率。
为什么要使用旁路电容
非常常见（和相当令人痛心）的是用面包板搭建一个理想配置电路时，经常会遇到电路运行不稳定或者根本就不能运行的情况（见图1）。来自电源、内部IC 电路或邻近IC 的噪声可能被耦合进电路。连接导线和电路连接起到了天线的作用而电源电压产生变化，电流随之不稳定。
图2所示为通过示波器所观察到的电源引脚上的信号波形。
.
图2. 示波器所观察到的同相放大器直流电源引脚的波形
我们可以看到，直流电压附近有很多高频噪音(约10mV P-P ) 。此外，还有之前提到的幅度超出50mVr 的周期性电压脉冲。因假定电源为稳定值（恒定为直流电压），那么任何干扰都将被直接耦合到电路并可能因此导致电路不稳定。
电源的第一道抗噪防线是旁路电容。通过储存电荷抑制电压降并在有电压尖峰产生时放电，旁路电容消除了电源电压的波动。旁路电容为电源建立了一个对地低阻抗通道，在很宽频率范围内都可具有上述抗噪功能。
要选择最合适的旁路电容，我们要先回答四个问题： 1、需要多大容值的旁路电容
2、如何放置旁路电容以使其产生最大功效
3、要使我们所设计的电路/系统要工作在最佳状态， 应选择何种类型的旁路电容？
4、隐含的第四个问题----所用旁路电容采用什么样的封装最合适？（这取决于电容大小、电路板空间以及所选电容的类型。）
其中第二个问题最容易回答，旁边电容应尽可能靠近每个芯片电源引脚来放置。距离电源引脚越远就等同于增加串联电感，这样会降低旁路电容的自谐振频率（使有效带宽降低）。
图1. 同相放大器实验电路板(A V =2)
1
注：这类器件对静电放电比较敏感；请遵守正确的IC 操作规程。
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图3. 带旁路电容的同相放大器之实验电路板
图 4. 图3中所示为同相放大器的输出信号波形。上图为没有配置旁路电容的电路输出波形、下图配置有旁路电容的电路输出波形旁路电容对稳定同相放大器输出信号的效果如图4所示。
要对旁路电容的的布局和布线做进一步的改进将涉及到印制电路板设计的讨论---下一个我们将做深入探讨的话题。
另外三个问题(选择电容容值、类型和封装)是本次讨论的重点。我们首先回顾有关电容的基础知识再地这些问题进行详细深入的讨论.
电容基础知识
对电容的经典定义是：电容由两导电极板间加电介材料组成。随着电荷在极板上堆积,形成穿越介电材料的电场。在两极板间形成一定电势差所需要的电荷量，叫做电容器的电容，单位为法拉。电容也可利用图5中的公式1，由极板的几何尺寸和电介质的品质参数求得。电
容容值随着极板面积的增大而增大（因为极板面积越大就可以储存更多的电荷）。极板间的距离表片征了极板上电荷的相互吸引程度。若增加两极板间的距离，则相互作用减弱，电容容值也随之下降。图5中的公式2也反应了这一层关系。
最后一个基本公式涉及到电流。电流被定义为电荷的移动（图5，公式3）。因此，只有当电压（极板间的电势差）发生变化时，才会有电荷的移动。也就是说，如果电压恒定不变，那么形成电压的电荷肯定也没有变化；因此也不会有电流产生。
总之，电容的容量与其储存电荷的能力直接相关。电容容值的第二个决定性因素是介电材料的品质。
电介质
介电物质指是位于形成电容器的两导电极板间的材
料。介电材料具有高阻抗并且不允许有明显的电流从
一个极板流向另一个极板。用做电介质的不同材料，
其温度稳定性、击穿电压和损耗系数也不同。表1中给
出了常见的介电材料及其介电常数（ε），ε与电容
的容值直接相关，见图5中的公式1。
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图5 等效电路模型 表 1.介电材料及其介电常数
在了解电容器的结构之后，接下来创建一个用于仿真的等
效电路模型。电容器的等效电路模型如图6所示。等效电路中的主要元器件为电容，与之并联的漏电阻代表了介电材料所导致的损耗。与这组并联电容和电阻串联的是另一个电阻和一个电感。这两个值（ESR 和ESL ）代表了全部电容结构与DC 和频率相关的损耗、连接至印制电路板的焊点和将电容器至集成电路和电源的走线所产生的损耗。再次强调，电容器类型和结构将表征这些寄生元器件的值。
图 6. 等效电路模型及元器件描述
I =
DQ DT
C (法拉) =
(1)
ε A
D
(公式1)))
电介质
定义式：介电常数
极板面积
板间距离
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表2. 常见电容器及比较
前面提到过，电容器所用材料和结构将决定其特性，如寄生参数、温度稳定性、最大电压、线性、成本和尺寸。表2对最常见的表面贴着封装电容器进行了总结。
价格便宜、容值范围宽、性能稳定可靠的陶瓷电容是最常见的一类电容。钽电容、Oscan以及铝电解电容都是有极性电容，特别适合作为旁路电容。钽电容适用于低电压系统。铝电解电容被低频到中频系统广泛采用，但不适合开关电路(这种电容的电荷保持性能太好了，不适合周期快速的生产测试)。Oscan是一种特殊的电容，它的寄生参数小、频率范围宽、温度范围广、品质最好，价钱也最高。如果你有足够预算，这种电容可为任何电路提供高品质的旁路们主要用于滤波器设计而不是旁路。由于陶瓷电容被最广泛地作为旁路电容，讨论一下如何进行选购将是很有必要的。和所期望的那样，陶瓷电容具有宽范围的容值和各种封装。对其各种参数做进一步选择，才能确定电容器的最终价格。见表3的示例。在最新的材料清单中，电容被标志为‘X7R’。这里，X和7标志着最宽的温度范围。最后一个字母R代表电容在整个温度范围上的容差。该例中，电容在整个温度范围上的变化量仅为15%。使用温度范围宽和严格的容差意味着该电容器的价格也很高。
表3.陶瓷片电容选项的分类
选择旁路电容的封装
在电介质材料、电介质品质、温度范围、可接受漏电流和电压范围都满足要求后，最后就剩下选择封装尺寸了。通常，封装尺寸的选择依据是：‘上次用的是什么’，或者是否足够大到适合手工焊接(如果是原型设计)。
需要记住的是，等效电路会随不同的封装类型而改变。其中主要的是等效串联电感(ESL)。很显然，只要电容结构保持不变，其电容值也会保持不变。若同一电容采用多种不同封装类型，那么极板间的连接和外层封装间的连接必定改变。这会带来额外的串联电阻和电感。封装越小，串联寄生参数就越小。为了证实这一趋势，请参见表4。正如所预期的，等效串联电感将随着封装尺寸的减小而不断缩减。特别注意图7中的1206和0612例子。尽管他们的占位面积相同，1206的焊接点在两端，而0612的焊接点在两个长边。这只是方向上的简单变化，却使封装的内部连接小了许多。令人欣喜的是，ESL降低了95%。在高频宽电路中，串联电感值决定了旁路电路为电源接脚提供低阻抗的能力上限。有关这点将在下节中进一步介绍。
确定旁路电容容值
通常旁路电容的值都是依惯例或典型值来选取的。例如，常用的容值是1μF和0.1μF。简单的说，将大电容作为低频和大电流电路的旁路，而小电容作为高频旁路。采用多个电容源于与实际电容相关的寄生参数。图8为一个实际电容的阻抗特性。表 4. 表面贴着封装和其等效串联电感
封装ESL (pH)
0201400
0402550
0603700
0805800
12061250
061263
图7.1206和0612两种表面黏着封装例子
坐标轴上没有具体数据，其数值可以透过缩放适合任何电容。曲线的左半部份代表传统(和理想的)电容响应：电容的阻抗随着频率的增加而降低。这正是我们所想要的特性，这样旁路电容为电源线上的交流信号提供了一个低阻抗回路(等效短路)。左边曲线的负斜率为常数，但其横向位置取决于电容的大小。例如,当电容增大时，曲线的左半部份将向低频方向(向坐标轴左侧)移动。
电容封装中的任何电感都将引起正斜率，如图中的右半部份所示。在这一频率范围内，电感先被抵销，然后又主导电容的低阻抗。由于阻抗与旁路电容的大小和构造有关，频率响应也因此与这些因素有关。
因此,设计人员需要仔细阅读数据手册，确保可以选购到合适的旁路电容封装，这种封装应能在你所设计系统的工作频率下提供低阻抗性能。请记住，表4所列的ESL范围为几百pH。只有当系统频率大于100MHz时对阻抗的影响才会越来越大。
图8 实际电容(非理想状态)的阻抗
图10 三个电容的阻抗,采用相同的表面贴着封装高频宽系统的旁路
在一些宽频系统中，只用单电容旁路是不够的。因为有多个频率耦合到电源线路，旁路网路必须为很宽范围的频率提供低阻抗。由于阻抗曲线的斜率具有实体限制，既有负的也有正的，故需要并联多个电容。
当然，在为每个电容选择封装类型时必须谨慎。通常BOM 表中会规定所有的无源元器件都要选用相同的尺寸，如都用0805电容。图10为三只电容并联后的阻抗与频率关系。
由于每只电容采用相同的封装，故它们的高频响应相同。实际上，这就抵消了更小电容的采用！相反，封装尺寸应该随同电容值一起微缩，见图5。
当然，上述细节意味着必须对旁路电容的布局予以密切关注。任何走线长度的增加都将导致旁路通道的阻抗增加。每条走线都使得电感增加，走线越长，旁路通道的有用频率就越低(相当于将图8中的曲线左移)。因此，旁路电容必须尽可能地靠近电源接脚。电容的另一端需要通过过孔或者宽地线连接到地，以保持低阻抗。
图9采用不同表面贴着封装的实际电容(非理想状态)的阻抗
图11 三个电容的阻抗,不同表面贴着封装
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旁边电容应用示例
我们已经对设计最佳旁路网络所涉及的主要问题进行了分析探讨。但是，每个具体电路和系统的具体要求也不同。即使是最好的工程师
,在实际的设计过程中要进行取舍也常常会觉得头痛。因此,接下我们给出了四个不同的应用实例。这四个例子被选作低电流/低频、低电流/高频、高电流/低频和高电流/高频系统,如表5所示。
表 5.应用实例中旁路电容的选择
再有,为了消除高频耦合，晶振(X1)应尽可能靠近器件放置。如果不将这些走线最小化，那么就需要增加额外的旁路电容来消除被耦合进的干扰信号。
图13. ISL12026的建议布局
示例 1 (低电流/低频):带EEPROM 的实时钟表
首先看第一个示例的方框图，图12中显示的是ISL12026。这一系统有3个要求特别注意旁路的分开的区域。请注意的是，我们在讨论时假定使用的8引脚SOIC 封装。
第一个要旁路的是EEPROM 程序阵列。为了处理编程脉冲，应在电源引脚（SOIC 的第8号引脚）处并联放置两个电容。首先，用一个小电容(建议容值为0.01uF)来处理数字开关瞬变现象。然后，用一个大电容(建议容值为1uF)来补偿电源的电流下降。这两个电容必须并联地放置在电源节点和地之间。
最小化
图14.
考虑到晶振放置后的ISL12026建议布局
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该器件允许使用备份电池。设计有可切换的线路电源和电池以支持这一特性。切换过程中，在两个电源同时与器件相连的时候，会产生电源叠加，这一电源叠加会导致开关瞬变现象。增加一个0. 1uF的电容与电池并联，可将瞬变现象控制到最低。
示例2 (低电流/高频): 基准电压源
第二个示例的方框图，采用ISL60002来提供电压参
考。尽管基准电压源通常被视作低频器件。但他们必
须在其所工作的系统的整个宽带范围内旁路。图15所
示为ISL60002电压参考调节某高速ADC的电源。
在本示例中（图15），电压调节器的输入被之前在“选择旁路电容容值”这一章节中所讨论的两个标准电容旁路。调节器的输出也被旁路以给ADC提供一个低阻抗电源。
若ADC（或其它负载）有一个大的输入电容，则可能需要增加一个R-C来吸收开关瞬变现象和降低寄生振荡（图16）。示例3 (高电流/低频): DC/DC转换器
图17所示为简化的DC/DC转换器方框图。一个脉冲宽度调制控制开关通过大电感控制电流以产生所需要的输出电压。
若只考虑一个转换状态，则可以将这一DC/DC转换器电路进一步简化（图18）。
通常，更关心如何选择电感。电容的质量通常被视作理所当然。将图18中所示的电路扩展包括电容的寄生元器件（图19
）。
图15 电压调节器和ADC方框图
图16. 用大电容负截旁路的电压调节器图17. D C/D C转换器简化方框图
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? -------
(EQ
因为有大电流通过，寄生器件的效果会更加明显。总结如公式4所示:
电压输出将和与电容器C o 相关的寄生阻抗（ESR ）和寄生电感（ESL ）的大小成波纹比例。表2中所提供的信息可供设计人员选择可使其DC/DC 转换器工作在最佳状态的电容器。
当然，和电压调节器示例一样，这一电路也需要在输入端和输出端进行旁路。电路板布局十分关键，多个器件通常挤满在电源两端。
示例4 :(高电流/高频率)DSL 放大器
DSL 放大器必须处理用于驱动高速通信线路所必需的大电流。在本示例中，有许多相同的技术反复出现。再次指出, 对放大器进行旁路时，旁路电容应尽可能接近电源引脚。旁路通道中任何其它的额外阻抗（ESR ）将降低品质因数(Q)。同样，任何额外的串联电感将会使自谐振频率跌落到系统的带宽内。注意，不仅只有电容会产生ESR 和ESL ，走线和通孔会也产生ESR 和ESL 。
如示例2所示,通常采用至少两个并联的旁路电容。这两个电容位于电源的正极和负极。容值小一些的电容采用
小一些的封装，其所在的位置更接近设备。图20中可见ISL1557的旁路电容C 1～C 4。
当电路工作在高频时，必须再增加第三个电容（大小和容值都要比另外两个电容要小）。这一个最小的电容必须最靠近电源引脚以将寄生参数最小化。随着电容体积的增大，他们各自和电源引脚的距离也随之增加。
许多设计人员喜欢给旁路电容增加一个串联阻抗来降低旁路网络的品质因数(Q)。采用简单的2-电容旁路网络的效果见图21和图22。
增加一个串联电阻的确会将旁路网络的阻抗-频率响应曲线变平坦，但是不会降低任何频率点的整体阻抗。除非是平坦频率响应，否则不推荐采用。
图18. 采用1个开关配置的有源DC/DC 转换器
图19. 带寄生电容的DC/DC 转换器简化电路
图20. 高速放大器的布线路（对旁路电容的放置
做了标识）
ΔV OUT ESR I TRANSIENT ESL ΔI
ΔT -------?+?=(EQ. 4)
ESR
ESL
C O
L
IL
J C
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图 22. 两个并联分级电容的频率响应。其中一个电容与一个增加电阻串联
总结
本应用指南介绍并概括了旁路电容和旁路技术。有两点需要特别强调:大电流和高频率的情况。必须选择合适的旁路电容以处理不同速度和大小的瞬变。应尽量减小寄生参数。有很多典型的新产品具备这一功能(例如OSCON 和X2Y)。但是,最常用的解决方案是采用多层陶瓷片电容。
不管采用哪种电容,电路布局对确保旁路质量而言十分关键。旁路电容必须放置在尽可能靠近IC 引脚的地方，以尽可能地减小附加的ESR 和ESL 。 最后,我们讨论了一些具体的应用实例。这些具体的例子有助于我们深入实际应用。最后表6中提供了一些资源,它将一些其它我们常用的电路分类到了电流/频率矩阵中。请采用本应用指南来解决旁路的主要问题,并安全且地设计出更好的旁路网络。 表6. 有相同电流和频率问题的其它应用电路
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滤波电容起平滑电压的作用；容值大小与输入桥式整流的输入电压无关；一般是越大越好。但要明白它取值的原理：滤波电容的取值与后级电路的突变电流有关。 打个比方：电容就好比一个水桶，输入往这个水桶中倒水，输出（后级电路）从这个水桶中抽水。如果恒定的抽水，只要倒入的水量大于抽水量，那么水桶将永远是满的，所以这个水桶可以不需要（当然这是理想情况）。假如某时刻需要抽出大量的水，大于输入的量，你会怎么办？ 你可以准备一个较大的水桶，在这个时刻到来之前，将这个水桶的水灌满；等到了抽水的时刻，水桶中已经有足够的水抽取，就不会出现缺水的情况。 滤波电容就好比这个较大的水桶! 至于它的具体值，你将后级电路的突变电流与电容充、放电系数联系起来考虑，相信你能领悟出合适的计算方法。 滤波电容的作用和大小是怎样的? 一般情况下，电解电容的作用是过滤掉电流中的低频信号，但即使是低频信号，其频率也分为了好几个数量级。因此为了适合在不同频率下使用，电解电容也分为高频电容和低频电容（这里的高频是相对而言）。 低频滤波电容主要用于市电滤波或变压器整流后的滤波，其工作频率与市电一致为50Hz；而高频滤波电容主要工作在开关电源整流后的滤波，其工作频率为几千Hz到几万Hz。当我们将低频滤波电容用于高频电路时，由于低频滤波电容高频特性不好，它在高频充放电时内阻较大，等效电感较高。因此在使用中会因电解液的频繁极化而产生较大的热量。而较高的温度将使电容内部的电解液气化，电容内压力升高，最终导致电容的鼓包和爆裂 滤波电容在电路中作用 滤波电容用在电源整流电路中，用来滤除交流成分。使输出的直流更平滑。 去耦电容用在放大电路中不需要交流的地方，用来消除自激，使放大器稳定工作。 旁路电容用在有电阻连接时，接在电阻两端使交流信号顺利通过。 容的容抗为1/ωC欧姆（类似电阻，如果是非电类大学以上学历就把它当作电容器的电阻看吧），ω为角频率，ω=2πf，f为频率。容抗与自身容量C和频率ω（或者说f）有关，当C一定时，频率越高，容抗越小，对电流的阻碍作用就越小；频率越低，容抗越大。……人们所说的“电容通高频阻低频，通交流阻直流”是在不同情况下说的，也可以说是在不同容量C的情况下说的，都是正确的。 到此就不必再多说了吧，分析1/ωC就行了。 电路中的电容滤波问题解析
滤波电容、去耦电容、旁路电容作用 滤波电容用在电源整流电路中，用来滤除交流成分。使输出的直流更平滑。去耦电容用在放大电路中不需要交流的地方，用来消除自激，使放大器稳定工作。旁路电容用在有电阻连接时，接在电阻两端使交流信号顺利通过。 1.关于去耦电容蓄能作用的理解 1）去耦电容主要是去除高频如RF信号的干扰，干扰的进入方式是通过电磁辐射。数字,集成电路,IC,FAQ,Design compiler,数字信号处理,滤波器,DSP,VCS,NC,coverage,覆盖率,modelsim,unix,c,verilog,hdl,VHDL,IP,STA,vera,验证,primetime,FIFO,SDRAM,SRAM,IIR,FIR,DPLL L a O(i_ P e 而实际上，芯片附近的电容还有蓄能的作用，这是第二位的。 你可以把总电源看作密云水库，我们大楼内的家家户户都需要供水， 这时候，水不是直接来自于水库，那样距离太远了， 等水过来，我们已经渴的不行了。Digital IC Designer's forum:h X,t
py7A(r4QF 实际水是来自于大楼顶上的水塔,水塔其实是一个buffer 的作用。 如果微观来看，高频器件在工作的时候，其电流是不连续的，而且频率很高，L x!H\D"P/} 而器件VCC到总电源有一段距离，即便距离不长，在频率很高的情况下，:`&y"S$O(S9WV5s%^"L 阻抗Z＝i*wL+R，线路的电感影响也会非常大，数字,集成电路,IC,FAQ,Design compiler,数字信号处理,滤波器,DSP,VCS,NC,coverage,覆盖率,modelsim,unix,c,verilog,hdl,VHDL,IP,STA,vera,验证,primetime,FIFO,SDRAM,SRAM,IIR,FIR,DPLL2G K v{I;N,J(R x 会导致器件在需要电流的时候，不能被及时供给。数字,集成电路,IC,FAQ,Design compiler,数字信号处理,滤波器,DSP,VCS,NC,coverage,覆盖率,modelsim,unix,c,verilog,hdl,VHDL,IP,STA,vera,验证,primetime,FIFO,SDRAM,SRAM,IIR,FIR,DPLL1q Q&\6g i*V7o n O 而去耦电容可以弥补此不足。 这也是为什么很多电路板在高频器件VCC管脚处放置小电容的原因之一
主要技术参数特点容量范围 容量 误差范围 损耗角正切值耐压绝缘电阻漏电流容量 误差范围损耗角正切值 耐压漏电流绝缘电阻 容量误差范围损耗角正切值 耐压绝缘电阻 漏电流 耐压值容量值 绝缘阻抗容量/误差范围 损耗角正切值耐压 漏电流绝缘电阻容量/误差范围 损耗角正切值 耐压 漏电流绝缘电阻 容量/误差范围 损耗角正切值 耐压 漏电流 绝缘电阻 容量/误差范围 损耗角正切值耐压 电容器资料 电源电路或中频、低频电路中起电源 滤波、调谐、滤波、耦合、旁路、能量转换和延时等作用，广泛应用各种电子产品中。 用在对稳定性和漏电流要求高的电路中代替铝电解电容.适用于谐振回路、滤波电路、耦合回路等，但在高频电路或绝缘电阻高的 场合不宜使用。广泛应用于各种电子 产品中。 使用于对频率和稳定性要求不高的电路中。适用于对频率和稳定性要求不高的场 合。 x电容是跨接在电力线两线（L-N）之间的电容，用于抑制共模干扰，一 般选用金属薄膜电容。Y电容是分别 跨接在电力线两线和地之间（L-E，N-E）的电容，一般是成对出现，抑制差膜干扰，用于电源市电输入端即电容器失效后，不会导致电击，不危及人身安全。 高频瓷介电容（CC）适用于高频电 路，广泛应用于各种电子产品中。 低频瓷介电容（CT）主要用于旁路电容和电源滤波对损耗及容量要求不高 的场合 用于对稳定性和可靠性要求高的场合，以及高频高压大功率设备。 0.47～ 10000uF 0.1～1000uF Y≤4700pF 优点：频率稳定性好，高频特性 好，损耗小，绝缘电阻搞，分布 电感小，不易老化；缺点：但价格较贵，容量较小。绝缘电阻高，损耗小，温度系数 小，电容量精确，最高可达± 0.05%；耐压强度高，对化学剂的稳定性高；但工作温度不高，上限为70～75℃. 小体积，大容量，耐热耐湿性 好，价廉；但稳定性差。 比纸介电容的体积小，容量大， 且击穿后能自愈；但稳定性差， 容量误差大，漏电流大，容量和楼电流随温度变化产生明显变化。 聚苯乙烯薄膜电容（CB）涤纶薄膜电容（CL）金属化纸介电容（CJ）容量大，能耐受大的脉动电流，容量误差大，泄漏电流大；普通 的不适于在高频和低温下应用, 不宜使用在25kHz以上频率低频 旁路、信号耦合、电源滤波。 优点：寿命长、耐高温、准确度 高、滤高频谐波性能极好，体积 小。 缺点：价格也比铝电容贵，而且耐电压及电 流能力较弱。 优点：性能稳定，损耗和漏电流小，能耐高温；缺点：容量小，机械强度低，易碎易裂。体积比CC小，容量比CC大，但稳定性差，耐压低，损耗大。 X电容的容量较大，一般为uF 级，Y电容容量叫小一半为pF 级， 主要功能及应用场合 铝电解电容(CD)钽电解电容(CA)陶瓷电容 安规电容 云母电容（CY）
电容退耦原理 采用电容退耦是解决电源噪声问题的主要方法。这种方法对提高瞬态电流的响应速度，降低电源分配系统的阻抗都非常有效。 对于电容退耦，很多资料中都有涉及，但是阐述的角度不同。有些是从局部电荷存储（即储能）的角度来说明，有些是从电源分配系统的阻抗的角度来说明，还有些资料的说明更为混乱，一会提储能，一会提阻抗，因此很多人在看资料的时候感到有些迷惑。其实，这两种提法，本质上是相同的，只不过看待问题的视角不同而已。为了让大家有个清楚的认 识，本文分别介绍一下这两种解释。 4.1 从储能的角度来说明电容退耦原理。 在制作电路板时，通常会在负载芯片周围放置很多电容，这些电容就起到电源退耦作用。其原理可用图 1 说明。 图 1 去耦电路 当负载电流不变时，其电流由稳压电源部分提供，即图中的I0，方向如图所示。此时电容两端电压与负载两端电压一致，电流Ic 为0，电容两端存储相当数量的电荷，其电荷数量和电容量有关。当负载瞬态电流发生变化时，由于负载芯片内部晶体管电平转换速度极快，必须在极短的时间内为负载芯片提供足够的电流。但是稳压电源无法很快响应负载电流的变化，因此，电流I0 不会马上满足负载瞬态电流要求，因此负载芯片电压会降低。但是由于电容电压与负载电压相同，因此电容两端存在电压变化。对于电容来说电压变化必然产生电流，此时电容对负载放电，电流Ic 不再为0，为负载芯片提供电流。根据电容等式： （公式1） 只要电容量 C 足够大，只需很小的电压变化，电容就可以提供足够大的电流，满足负载瞬 态电流的要求。这样就保证了负载芯片电压的变化在容许的范围内。这里，相当于电容预先存储了一部分电能，在负载需要的时候释放出来，即电容是储能元件。储能电容的存在
区别去耦电容 去除在期间切换时从?高配到配电?网中 的RF能量量 储能作?用，供局部化的直流电源,减 少跨板浪涌电流 在VCC 引脚通常并联?一个去耦电容， 电容同交隔直将交流分量量从这个电容 接地 有源器?件在开关时产?生的?高频开关噪声江燕电源线传播， 去耦电容就是提供?一个局部的直流给有源器?件，减少开关 噪声在板上的传播并且能将噪声引导到地。 如果主要是为了了增加电源和地的交流耦合，减少交流信号 对电源的影响，就可以称为去耦电容; 旁路路电容 从元件或电缆中转移出不不想要的共模 RF 能量量。这主要是通 过产?生 AC 旁路路消除?无意的能量量进?入敏?感的部分，另外还可 以提供基带滤波功能(带宽受限)。 在电路路中，如果电容起的主要作?用是给交流信号提供低阻抗的通 路路，就称为旁路路电容; 电?子电路路中，去耦电容和旁路路电容都是起到抗?干扰的作?用，电容所处 的位置不不同，称呼就不不?一样了了。对于同?一个电路路来说，旁路路(bypass) 电容是把输?入信号中的?高频噪声作为滤除对象，把前级携带的?高频杂 波滤除，?而去耦 (decoupling)电容也称退耦电容，是把输出信号的?干 扰作为滤除对象。 滤波电容选择 经过整流桥以后的是脉动直流，波动 ?方位很?大，后?面?一般?用?大?小两个电容 ?大电容?用来稳定输出，因为电容两端 电压不不能突变，可以使输出平滑，?小 电容?用来滤除?高频?干扰，使输出电压 纯净，电容越?小，谐振频率越?高，可 滤除的?干扰频率越?高 容量量的选择 ?大电容,负载越重，吸收电流的能?力力越强，这 个?大电容的容量量就要越?大 ?小电容，凭经验，?一般104 即可 1、电容对地滤波，需要?一个较?小的电容并联对地， 对?高频信号提供了了?一个对地通路路。 2、电源滤波中电容对地脚要尽可能靠近地。 3、理理论上说电源滤波?用电容越?大越好，?一般?大电容滤低频波,?小 电容滤?高频波。 4、可靠的做法是将?一?大?一?小两个电容并联,?一般要求相差两个 数量量级以上,以获得更更?大的滤波频段. 滤波电容电源和地直接连接去耦电容 1.为本集成电路路蓄能电容 2.滤除该期间产?生的?高频噪声，切断其通过供电回路路进?行行传播的通路路 3.防?止电源携带的噪声对电路路构成?干扰 滤波电容的选?用原则在电源设计中,滤波电容的选取原则是: C≥2.5T/R 其中: C 为滤波电容,单位为UF; T 为频率, 单位为Hz,R 为负载电阻,单位为Ω 当然,这只是?一般的选?用原则,在实际的应?用中,如条件(空间和成本)允许,都选取C≥5T/R. PCB制版电容的选择?一般的10PF 左右的电容?用来滤除?高频的?干扰信号,0.1UF 左右的?用来滤除低频的纹波?干扰,还可以起到稳压的作?用。滤波电容具体选择什什么容值要取决于你PCB 上主要的?工作频率和可能对系统造成影响的谐波频率，可以查?一下相关?厂商的电容资料料或者参考?厂商提供的资料料库软件，根据具体的需要选择。 如果你PCB 上主要?工作频率?比较低的话，加两个电容就可以了了，?一个虑除纹波，?一个虑除?高频信号。如果会出现?比较?大的瞬时电流，建议再加?一个?比较?大的钽电容。 实?用点的，?一般数字电路路去耦0.1uF 即可，?用于10M 以下;20M 以上?用1到10 个uF，去除?高频噪声好些，?大概按C=1/f 。旁路路?一般就?比较的?小了了，?一般根据谐振频率?一般为0.1 或0.01uF
简介 旁路电容常见于电子设备的每个工作部分。大多数工程师都知道要对系统、电路甚至每个芯片进行旁路。很多时候我们选择旁路电容是根据过往的设计经验而没有针对具体电路进行优化。本应用指南旨在对看似简单的旁路电容的设计思路进行探讨。在分析为什么要使用旁路电容之后，我们会介绍有关电容基础知识、等效电路、电介质所用材料和电容类型。 接下来对旁路电容的主要功能和使用场合进行区分。与仅工作在高频的电路不同，会产生大尖峰电流的电路有不同的旁路需求。另外还会讨论一些有针对性的问题，如,运用多个旁路电容以及电路板布局的重要性。 最后，我们给出了四个具体的示例。这四个例子涉及了高、低电流和高、低频率。 为什么要使用旁路电容 非常常见（和相当令人痛心）的是用面包板搭建一个理想配置电路时，经常会遇到电路运行不稳定或者根本就不能运行的情况（见图1）。来自电源、内部IC 电路或邻近IC 的噪声可能被耦合进电路。连接导线和电路连接起到了天线的作用而电源电压产生变化，电流随之不稳定。 图2所示为通过示波器所观察到的电源引脚上的信号波形。 . 图2. 示波器所观察到的同相放大器直流电源引脚的波形 我们可以看到，直流电压附近有很多高频噪音(约10mV P-P ) 。此外，还有之前提到的幅度超出50mVr 的周期性电压脉冲。因假定电源为稳定值（恒定为直流电压），那么任何干扰都将被直接耦合到电路并可能因此导致电路不稳定。 电源的第一道抗噪防线是旁路电容。通过储存电荷抑制电压降并在有电压尖峰产生时放电，旁路电容消除了电源电压的波动。旁路电容为电源建立了一个对地低阻抗通道，在很宽频率范围内都可具有上述抗噪功能。 要选择最合适的旁路电容，我们要先回答四个问题： 1、需要多大容值的旁路电容 2、如何放置旁路电容以使其产生最大功效 3、要使我们所设计的电路/系统要工作在最佳状态， 应选择何种类型的旁路电容？ 4、隐含的第四个问题----所用旁路电容采用什么样的封装最合适？（这取决于电容大小、电路板空间以及所选电容的类型。） 其中第二个问题最容易回答，旁边电容应尽可能靠近每个芯片电源引脚来放置。距离电源引脚越远就等同于增加串联电感，这样会降低旁路电容的自谐振频率（使有效带宽降低）。 图1. 同相放大器实验电路板(A V =2) 1 注：这类器件对静电放电比较敏感；请遵守正确的IC 操作规程。 1-888-INTERSIL 或1-888-468-3774|Intersil (和设计)是Intersil Americas Inc 的注册商标。 版权 ? Intersil Americas Inc . 2008，本公司保留一切权利。 文中提到的所有其它商标均归其持有者个人所有。
電容器選用的基本知識（上） 文/唐凌 在一般電子電路中，尤其是與Hi-Fi有關的各種電路包括HFIFAF 電容器使用的頻度，大致上僅次於電阻器然電阻器使用雖多，而其作用特性種類卻遠較電容器為單純，因為在一張線路圖上，我們常常可以看到有關電阻規格的說明是除特別說明外一律用碳膜1/2瓦，而電容器就沒有那麼方便了。 因為電容器的規格，除了電壓容量之外還有因結構不同而產生的種種形體及特性上的差異，若有選用錯誤，不僅電路不能工作，甚至於將發生危險包括損及其他零件和人體等本文擬就以業餘者為對象，敘述一般電容器的選用常識，因編幅有限，是特將其較實用者優先論述。 一電子電路中的電容器 電容器的基本作用就是充電與放電，但由這種基本充放電作用所延伸出來的許多電路現象，使得電容器有著種種不同的用途，例如在電動馬達中，我們用它來產生相移，在照相閃光燈中，用它來產生高能量的瞬間放電等等，而在電子電路中，電容器不同性質的用途尤多，這許多不同的用途，雖然也有截然不同之處，但因其作用均係來自充電與放電，所以，在不同用途之間，亦難免有其共同之處，例如傍路電容實際上亦可稱為平滑濾波電容，端看從哪一個角度來解釋。 以下係就一般習慣的稱呼做為分類，來說明電容器在不同電路中的作用和基本要求。 1.1直流充放電電容 電容器的基本作用既是充電和放電，於是直接利用此充電和放電的功能便是電容器的主要用途之一。 在此用途中的電容器，有如蓄電池和飛輪一般的功能，在供給能量高於需求時即予吸收並儲存，而當供給能量低於需求或沒有能量供給時，此儲存的能量即可放出電容器充放電的作用與
電池充放電的作用不一樣，電池不管在充電或放電時，所需之作用時間均較長，因此，它無法在瞬間吸收大量的電能，也無法在瞬間放出大量的電能。 圖1-1是常見的整 流電路，圖中二極 體僅導通下半週 的電流，在導通期 間把電能儲存於 電容器上，在負半 週時，二極體不導 電，此時負載所需 的電能唯賴電容 器供給。 在此電路中，你可能想到，電容器在正半週所充之電能是否足夠維持到負半迵使用關於這個問題，有三個因素來決定 1.交流電在正半週時能否充份供應所需能量 2.電容器在正半週的充電期間，是否能夠儲存充份的能量 3.負載所需的平均電能是多少。 以上三個因素之中，1.2.數字若很大，而3.的需求則很小，即使在理論上亦無法獲得純粹的直流，因為電容器並非在正半週的全部時間都在充電，而只是在正半週的電壓高於電容器既有的電壓時，才有充電的作用在電容器不接負載時漏電流亦不計，其充電的時間只是正半週的前四分之一週電壓上升時及至電壓上升到峰值後，第二個正半週就不再充電了當電容器接上負之後，開始放電，在不充電的時間內，放去了多少電能，在充電時才能回多少電能，正是因為這樣，所以紋波是無法等於零的。 通常的整流充放電電路，都是在交流接近峰值的極短時間內充電，然後做穩定的如前級放大器或不穩定的如B類放大器放電，而放電之量亦僅佔總電容量極小的部份但也有少數電路中的電容是做長時間緩慢充電而後在瞬間大量放電的，這類電路例如照相用之閃光電路和點銲機中之放電電路等，其電容所要求的特性自與一般整流用電容不一樣。 1.2電源平滑濾波及反交連電容
电容的安装方法 电容的摆放 对于电容的安装，首先要提到的就是安装距离。容值最小的电容，有最高的谐振频率，去耦半径最小，因此放在最靠近芯片的位置。容值稍大些的可以距离稍远，最外层放置容值最大的。但是，所有对该芯片去耦的电容都尽量靠近芯片。另外的一个原因是：如果去耦电容离IC电源引脚较远，则布线阻抗将减小去耦电容的效力。还有一点要注意，在放置时，最好均匀分布在芯片的四周，对每一个容值等级都要这样。通常芯片在设计的时候就考虑到了电源和地引脚的排列位置，一般都是均匀分布在芯片的四个边上的。因此，电压扰动在芯片的四周都存在，去耦也必须对整个芯片所在区域均匀去耦。 电容的安装 在安装电容时，要从焊盘拉出一小段引出线，然后通过过孔和电源平面连接，接地端也是同样。放置过孔的基本原则就是让这一环路面积最小，进而使总的寄生电感最小。图16显示了几种过孔放置方法。
第一种方法从焊盘引出很长的引出线然后连接过孔，这会引入很大的寄生电感，一定要避免这样做，这时最糟糕的安装方式。 第二种方法在焊盘的两个端点紧邻焊盘打孔，比第一种方法路面积小得多，寄生电感也较小，可以接受。 第三种在焊盘侧面打孔，进一步减小了回路面积，寄生电感比第二种更小，是比较好的方法。 第四种在焊盘两侧都打孔，和第三种方法相比，相当于电容每一端都是通过过孔的并联接入电源平面和地平面，比第三种寄生电感更小，只要空间允许，尽量用这种方法。 最后一种方法在焊盘上直接打孔，寄生电感最小，但是焊接是可能会出现问题，是否使用要看加工能力和方式。 推荐使用第三种和第四种方法。
需要强调一点：有些工程师为了节省空间，有时让多个电容使用公共过孔。任何情况下都不要这样做。最好想办法优化电容组合的设计，减少电容数量。 由于印制线越宽，电感越小，从焊盘到过孔的引出线尽量加宽，如果可能，尽量和焊盘宽度相同。这样即使是0402封装的电容，你也可以使用20mil 宽的引出线。引出线和过孔安装如图17 所示，注意图中的各种尺寸。 对于大尺寸的电容，比如板级滤波所用的钽电容，推荐用图18中的安装方法。注意：小尺寸电容禁止在两个焊盘间打孔，因为容易引起短路 电容的去耦半径
去耦电容的容值计算和布局布线 有源器件在开关时产生的高频开关噪声将沿着电源线传播。去耦电容的主要功能就是提供一个局部的直流电源给有源器件，以减少开关噪声在板上的传播， 和将噪声引导到地。 去耦电容的容值计算 去耦的初衷是：不论I C对电流波动的规定和要求如何都要使电压限值维持在规定的允许误差范围之内。 使用表达式： C⊿U=I⊿t 由此可计算出一个I C所要求的去耦电容的电容量C。 ⊿U是实际电源总线电压所允许的降低，单位为V。 I是以A（安培）为单位的最大要求电流； ⊿t是这个要求所维持的时间。 x i l i n x公司推荐的去耦电容容值计算方法： 推荐使用远大于1/m乘以等效开路电容的电容值。 此处m是在I C的电源插针上所允许的电源总线电压变化的最大百分数，一般I C 的数据手册都会给出具体的参数值。 等效开路电容定义为： C=P/(f U^2) 式中： P——I C所耗散的总瓦数； U——I C的最大D C供电电压； f——I C的时钟频率。
一旦决定了等效开关电容，再用远大于1/m的值与它相乘来找出I C所要求的总去耦电容值。然后还要把结果再与连接到相同电源总线电源插针的总数相 除，最后求得安装在每个连接到电源总线的所有电源插针附近的电容值。 去耦电容选择不同容值组合的原因： 在去耦电容的设计上，通常采用几个不同容值（通常相差二到三个数量级，如0.1u F与10u F），基本的出发点是分散串联谐振以获得一个较宽频率范 围内的较低阻抗。 电容谐振频率的解释： 由于焊盘和引脚的原因，每个电容都存在等效串联电感（E S L），因此自身会形成一个串联谐振电路，L C串联谐振电路存在一个谐振频率，随着电力的频 率不同，电容的特性也随之变化，在工作频率低于谐振频率时，电容总体呈容性，在工作频率高于谐振频率时，电容总体呈感性，此时去耦电容就失去了去耦的效 果，如下图所示。因此，要提高串联谐振频率，就要尽可能降低电容的等效串联电感。 电容的容值选择一般取决于电容的谐振频率。 不同封装的电容有不同的谐振频率，下表列出了不同容值不同封装的电容的谐振频率：
电容的作用 作为无源元件之一的电容，其作用不外乎以下几种： 1、应用于电源电路，实现旁路、去藕、滤波和储能的作用，下面分类详述之：1）旁路 旁路电容是为本地器件提供能量的储能器件，它能使稳压器的输出均匀化，降低负载需求。就像小型可充电电池一样，旁路电容能够被充电，并向器件进行放电。为尽量减少阻抗，旁路电容要尽量靠近负载器件的供电电源管脚和地管脚。这能够很好地防止输入值过大而导致的地电位抬高和噪声。地弹是地连接处在通过大电流毛刺时的电压降。 2）去藕 去藕，又称解藕。从电路来说，总是可以区分为驱动的源和被驱动的负载。如果负载电容比较大，驱动电路要把电容充电、放电，才能完成信号的跳变，在上升沿比较陡峭的时候，电流比较大，这样驱动的电流就会吸收很大的电源电流，由于电路中的电感，电阻（特别是芯片管脚上的电感，会产生反弹），这种电流相对于正常情况来说实际上就是一种噪声，会影响前级的正常工作。这就是耦合。 去藕电容就是起到一个电池的作用，满足驱动电路电流的变化，避免相互间的耦合干扰。 将旁路电容和去藕电容结合起来将更容易理解。旁路电容实际也是去藕合的，只是旁路电容一般是指高频旁路，也就是给高频的开关噪声提高一条低阻抗泄防途径。高频旁路电容一般比较小，根据谐振频率一般是0.1u，0.01u等，而去耦合电容一般比较大，是10uF或者更大，依据电路中分布参数，以及驱动电流的变化大小来确定。 旁路是把输入信号中的干扰作为滤除对象，而去耦是把输出信号的干扰作为滤除对象，防止干扰信号返回电源。这应该是他们的本质区别。 3）滤波 从理论上（即假设电容为纯电容）说，电容越大，阻抗越小，通过的频率也越高。但实际上超过1uF的电容大多为电解电容，有很大的电感成份，所以频率高后反而阻抗会增大。有时会看到有一个电容量较大电解电容并联了一个小电
滤波电容的大小的选取 印制板中有接触器、继电器、按钮等元件时．操作它们时均会产生较大火花放电，必须采用RC吸收电路来吸收放电电流。一般R取1~2kΩ，C取2.2~4.7μF 一般的10PF左右的电容用来滤除高频的干扰信号,0.1UF左右的用来滤除低频的纹波干扰,可以起到稳压的作用 滤波电容具体选择什么容值要取决于你PCB上主要的工作频率和可能对系统造成影响的谐波频率，可以查一下相关厂商的电容资料或者参考厂商提供的资料库软件，根据具体的需要选择。至于个数就不一定了，看你的具体需要了，多加一两个也挺好的，暂时没用的可以先不贴，根据实际的调试情况再选择容值。如果你PCB上主要工作频率比较低的话，加两个电容就可以了，一个虑除纹波，一个虑除高频信号。如果会出现比较大的瞬时电流，建议再加一个比较大的钽电容。 其实滤波应该也包含两个方面，也就是各位所说的大容值和小容值的，就是去耦和旁路。原理我就不说了，实用点的，一般数字电路去耦0.1uF即可，用于10M以下；20M以上用1到10个uF，去除高频噪声好些，大概按C=1/f 。旁路一般就比较的小了，一般根据谐振频率一般为0.1或0.01uF 说到电容，各种各样的叫法就会让人头晕目眩，旁路电容，去耦电容，滤波电容等等，其实无论如何称呼，它的原理都是一样的，即利用对交流信号呈现低阻抗的特性，这一点可以通过电容的等效阻抗公式看出来：Xcap=1/2лfC，工作频率越高，电容值越大则电容的阻抗越小.。在电路中，如果电容起的主要作用是给交流信号提供低阻抗的通路，就称为旁路电容；如果主要是为了增加电源和地的交流耦合，减少交流信号对电源的影响，就可以称为去耦电容；如果用于滤波电路中，那么又可以称为滤波电容；除此以外，对于直流电压，电容器还可作为电路储能，利用冲放电起到电池的作用。而实际情况中，往往电容的作用是多方面的，我们大可不必花太多的心思考虑如何定义。本文里，我们统一把这些应用于高速PCB设计中的电容都称为旁路电容. 电容的本质是通交流，隔直流，理论上说电源滤波用电容越大越好。 但由于引线和PCB布线原因，实际上电容是电感和电容的并联电路， （还有电容本身的电阻，有时也不可忽略） 这就引入了谐振频率的概念：ω=1/(LC)1/2 在谐振频率以下电容呈容性，谐振频率以上电容呈感性。 因而一般大电容滤低频波，小电容滤高频波。 这也能解释为什么同样容值的STM封装的电容滤波频率比DIP封装更高。
同容值电容的并联与反谐振（Anti-Resonance） 容值不同的电容具有不同的谐振点。图11画出了两个电容阻抗随频率变化的曲线。 图11 两个不同电容的阻抗曲线 左边谐振点之前，两个电容都呈容性，右边谐振点后，两个电容都呈感性。在两个谐振点之间，阻抗曲线交叉，在交叉点处，左边曲线代表的电容呈感性，而右边曲线代表的电容呈容性，此时相当于LC并联电路。对于LC并联电路来说，当L和C上的电抗相等时，发生并联谐振。因此，两条曲线的交叉点处会发生并联谐振，这就是反谐振效应，该频率点为反谐振点。
图12 不同容值电容并联后阻抗曲线 两个容值不同的电容并联后，阻抗曲线如图12所示。从图12中我们可以得出两个结论： a 不同容值的电容并联，其阻抗特性曲线的底部要比图10阻抗曲线的底部平坦得多（虽然存在反谐振点，有一个阻抗尖峰），因而能更有效地在很宽的频率范围内减小阻抗。 b 在反谐振（Anti-Resonance）点处，并联电容的阻抗值无限大，高于两个电容任何一个单独作用时的阻抗。并联谐振或反谐振现象是使用并联去耦方法的不足之处。 在并联电容去耦的电路中，虽然大多数频率值的噪声或信号都能在电源系统中找到低阻抗回流路径，但是对于那些频率值接近反谐振点的，由于电源系统表现出的高阻抗，使得这部分噪声或信号能量无法在电源分配系统中找到回流路径，最终会从PCB上发射出去（空气也是一种介质，波阻抗只有几百欧姆），从而在反谐振频率点处产生严重的EMI问题。因此，并联电容去耦的电源分配系统一个重要的问题就是：合理的选择电容，尽可能的压低反谐振点处的阻抗。 相同容值电容的并联 使用很多电容并联能有效地减小阻抗。63个0.0316 uF的小电容（每个电容ESL为1 nH）并联的效果相当于一个具有0.159 nH ESL的1.9908 uF电容。
耦合电容器主要的作用是隔离直流信号。电容的阻抗和信号的频率成反比，信号的频率越高，衰减越小。理论上，对于直流信号的阻抗是无穷大。很多场合需要放大的是交流信号，所以，会用耦合电容去掉信号中的直流部分。 滤波电容用在电源整流电路中，用来滤除交流成分。使输出的直流更平滑。 去耦电容用在放大电路中不需要交流的地方，用来消除自激，使放大器稳定工作。 旁路电容用在有电阻连接时，接在电阻两端使交流信号顺利通过。 1.关于去耦电容蓄能作用的理解 1）去耦电容主要是去除高频如RF信号的干扰，干扰的进入方式是通过电磁辐射。 而实际上，芯片附近的电容还有蓄能的作用，这是第二位的。你可以把总电源看作密云水库，我们大楼内的家家户户都需要供水， 这时候，水不是直接来自于水库，那样距离太远了，等水过来，我们已经渴的不行了。 实际水是来自于大楼顶上的水塔,水塔其实是一个buffer的作用。如果微观来看，高频器件在工作的时候，其电流是不连续的，而且频率很高，而器件VCC到总电源有一段距离，即便距离不长，在频率很高的情况下， 阻抗Z＝i*wL+R，线路的电感影响也会非常大，会导致器件在需要电流的时候，不能被及时供给。 而去耦电容可以弥补此不足。这也是为什么很多电路板在高频器件VCC管脚处放置小电容的原因之一 （在vcc引脚上通常并联一个去藕电容，这样交流分量就从这个电容接地。） 2）有源器件在开关时产生的高频开关噪声将沿着电源线传播。去耦电容的主要功能就是提供一个局部的直流电源给有源器件，以减少开关噪声在板上的传播和将噪声引导到地 2.旁路电容和去耦电容的区别 去耦：去除在器件切换时从高频器件进入到配电网络中的RF能量 。去耦电容还可以为器件提供局部化的DC电压源，它在减少跨板浪涌电流方面特别有用。旁路：从元件或电缆中转移出不想要的共模RF能量。这主要是通过产生AC旁路消除无意的能量进入敏感的部分，另外还可以提供基带滤波功能（带宽受限）。 我们经常可以看到，在电源和地之间连接着去耦电容，它有三个方面的作用： 一是作为本集成电路的蓄能电容； 二是滤除该器件产生的高频噪声，切断其通过供电回路进行传播的通路； 三是防止电源携带的噪声对电路构成干扰。 在电子电路中，去耦电容和旁路电容都是起到抗干扰的作用，电容所处的位置不同，称呼就不一样了。对于同一个电路来说，旁路（bypass）电容是把输入信号中的高频噪声作为滤除对象，把前级携带的高频杂波滤除，而去耦（decoupling）电容也称退耦电容，是把输出信号的干扰作为滤除对象。 去耦 在直流电源回路中，负载的变化会引起电源噪声。例如在数字电路中，当电路从一个状态转换为另一种状态时，就会在电源线上产生一个很大的尖峰电流，形成瞬变的噪声电压。
如何选择和计算滤波电容 问：在电路设计过程中,要用电容来进行滤波.有时要用电解电容,有时要陶瓷电容.有时两种均要用到.我想问一下:用电解电容的作用是什么?用普通陶瓷电容的作用是什么?如何计算其容量的???对于电解电容的耐压又该如何选择确定? 哪些情况用电解电容,哪些情况下用陶瓷电容,哪些情况下两种均要用? ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 答： ----- 滤波电容范围太广了，这里简单说说电源旁路（去藕）电容。 滤波电容的选择要看你是用在局部电源还是全局电源。对局部电源来说就是要起到瞬态供电的作用。为什么要加电容来供电呢？是因为器件对电流的需求随着驱动的需求快速变化（比如DDR controller）,而在高频的范围内讨论，电路的分布参数都要进行考虑。由于分布电感的存在，阻碍了电流的剧烈变化，使得在芯片电源脚上电压降低－－也就是形成了噪声。而且，现在的反馈式电源都有一个反应时间－－也就是要等到电压波动发生了一段时间（通常是ms或者us级）才会做出调整，对于ns 级的电流需求变化来说，这种延迟，也形成了实际的噪声。所以，电容的作用就是要提供一个低感抗（阻抗）的路线，满足电流需求的快速变化。 基于以上的理论，计算电容量就要按照电容能提供电流变化的能量去计算。选择电容的种类，就需要按照它的寄生电感去考虑－－也就是寄生电感要小于电源路径的分布电感。 具体的说明在很多书上都有。提供一个参考书:high speed digital design ch8.2. ------------------------------ 讨论问题必须从本质上出发。首先，可能都知道电容对直流是起隔离作用的，而电感器的作用则相反。所有的都是基于基本原理的。那这时，电容就有了最常见的两个作用。一是用于极间隔离直流，有人也叫作耦合电容，因为它隔离了直流，但要通过交流信号。直流的通路局限在几级间，这样可以简化工作点很复杂的计算，二是滤波。基本上就是这两种。作为耦合，对电容的数值要求不严，只要其阻抗不要太大，从而对信号衰减过大即可。但对于后者，就要求从滤波器的角度出发来考虑，比如输入端的电源滤波，既要求滤除低频（如有工频引起的）噪声，又要滤除高频噪声，故就需要同时使用大电容和小电容。有人会说，有了大电容，还要小的干什么？这是因为大的电容，由于极板和引脚端大，导致电感也大，故对高频不起作用。而小电容则刚好相反。巨细据此可以确定电容量。而对于耐压，任何时候都必须满足，否则，就会爆炸，即使对于非电解电容，有时不爆炸，其性能也有所下降。讲起来，太多了，先谈这么多。 --------------------- 都是滤波的作用，铝电解电容容量比较大，主要用于虑除低频干扰。容量大约为1mA电流对应2～3μf，如过要求高的时候可以1mA对应5～6μf。无极性电容用于虑除高频信号。单独使用的时候大部分是去藕用的。有时可以与电解电容并联使用。陶瓷电容的高频特性比较好，但是在某个频率（大约是6MHz记不太清了）是容量下降的很快。 ---------- 电容的寄生电感主要包括内部结构决定的电感和引线电感。电解电容的寄生电感主要由内部结构决定。印象中铝电解电容在20～30k以上就表现除明显的电感特性。钽电容在1MHz 左右。陶瓷电容的高频特性就好很多。但是陶瓷电容有压电效应，不适于音频放大电路的输入和输出。
旁路、退耦、耦合电容的选取 高手和前辈们总是告诉我们这样的经验法则：“在电路板的电源接入端放置一个1～10μF 的电容，滤除低频噪声；在电路板上的电源与地线之间放置一个0.01～0.1μF 的电容，滤除高频噪声。”在书店里能够得到的大多数的高速PCB 设计、高速数字电路设计的经典教程中也不厌其烦的引用该首选法则（老外俗称Rule of Thumb ）。但是为什么要这样使用呢？各位看官，如果你是电路设计高手，你可以去干点别的更重要的事情了，因为以下的内容仅是针对我等入门级甚至是门外级菜鸟。 做电路的人都知道需要在芯片附近放一些小电容，至于放多大？放多少？怎么放？将该问题讲清楚的文章很多，只是比较零散的分布于一些前辈的大作中。鄙人试着采用拾人牙慧的方法将几个问题放在一起讨论，希望能加深对该问题的理解；如果很不幸，这些对你的学习和工作正好稍有帮助，那我不胜荣幸的屁颠屁颠的了。（以上有些话欠砍，在此申明以上不是我所写） 什么是旁路？ 旁路（Bypass ），在电路中为了改变某条支路的频率特性，使得它在某些频段内存在适当的阻值，而在另一些频段内则处于近似短路的状态，于是便产生了旁路电容的概念。旁路电容之所以为旁路电容，是因为它旁边还存在着一条主路， 而并不是某些电容天生就是用来做旁路电容的，也就是说什 么种类的电容都可以用来做旁路电容，关键在于电容容值的 大小合适与否。旁路电容并不是电解电容或是陶瓷电容的专 利。之所以低频电路中多数旁路电容都采用电解电容原因在 于陶瓷电容容值难以达到所需要的大小。 使用旁路电容的目的就是使旁路电容针对特定频率以上 的信号相对于主路来说是短路的。如图形式：要求旁路电容需要取值的大小； 已知：1、旁路电容要将流经电阻R 的频率高于f 的交流信号近似短路。求旁路电容的大小? Ic Ir
关于旁路电容和耦合电容精讲从电路来说,总是存在驱动的源和被驱动的负载.如果负载电容比较大,驱动电路要把电容充电、放电,才能完成信号的跳变,在上升沿比较陡峭的时候,电流比较大,这样驱动的电流就会吸收很大的电源电流,由于电路中的电感,电阻(特别是芯片管脚上的电感,会产生反弹),这种电流相对于正常情况来说实际上就是一种噪声,会影响前级的正常工作.这就是耦合. 去藕电容就是起到一个电池的作用,满足驱动电路电流的变化,避免相互间的耦合干扰. 旁路电容实际也是去藕合的,只是旁路电容一般是指高频旁路,也就是给高频的开关噪声提高一条低阻抗泄防途径.高频旁路电容一般比较小,根据谐振频率一般是0.1u,0.01u等,而去耦合电容一般比较大,是10u或者更大,依据电路中分布参数,以及驱动电流的变化大小来确定. 旁路是把输入信号中的干扰作为滤除对象,而去耦是把输出信号的干扰作为滤除对象,防止干扰信号返回电源.这应该是他们的本质区别. 去耦电容在集成电路电源和地之间的有两个作用:一方面是本集成电路的蓄能电容,另一方面旁路掉该器件的高频噪声.数字电路中典型的去耦电容值是0.1μF.这个电容的分布电感的典型值是5μH.0.1μF的去耦电容有5μH的分布电感,它的并行共振频率大约在7MHz左右,也就是说,对于10MHz以下的噪声有较好的去耦效果,对40MHz以上的噪声几乎不起作用.1μF、10μF的电容,并行共振频率在20MHz以上,去除高频噪声的效果要好一些.每10片左右集成电路要加一片充放电电容,或1个蓄能电容,可选10μF左右.最好不用电解电容,电解电容是两层薄膜卷起来的,这种卷起来的结构在高频时表现为电感.要使用钽电容或聚碳酸酯电容.去耦电容的选用并不严格,可按C=1/F,即10MHz取0.1μF,100MHz 取0.01μF. 分布电容是指由非形态电容形成的一种分布参数.一般是指在印制板或其他形态的电路形式,在线与线之间、印制板的上下层之间形成的电容.这种电容的容量很小,但可能对电路形成一定的影响.在对印制板进行设计时一定要充分考虑这种影响,尤其是在工作频率很高的时候.也成为寄生电容,制造时一定会产生,只是大小的问题.布高速PCB时,过孔可以减少板层电容,但会增加电感. 分布电感是指在频率提高时,因导体自感而造成的阻抗增加.
PCB制版中电容的选择技巧 印制板中有接触器、继电器、按钮等元件时．操作它们时均会产生较大火花放电，必须采用RC吸收电路来吸收放电电流。一般R取1~2kΩ，C取2.2~4.7μF，一般的10PF左右的电容用来滤除高频的干扰信号,0.1UF左右的用来滤除低频的纹波干扰,还 可以起到稳压的作用。 滤波电容具体选择什么容值要取决于你PCB上主要的工作频率和可能对系统造成影响的谐波频率，可以查一下相关厂商的电容资料或者参考厂商提供的资料库软件，根据具体的需要选择。至于个数就不一定了，看你的具体需要了，多加一两个也挺好的，暂时没用的可以先不贴，根据实际的调试情况再选择容值。如果你PCB上主要工作频率比较低的话，加两个电容就可以了，一个虑除纹波，一个虑除高频信号。如果会出现比较大的瞬时电流，建议再加一个比较大的钽电容。 其实滤波应该也包含两个方面，也就是各位所说的大容值和小容值的，就是去耦和旁路。原理我就不说了，实用点的，一般数字电路去耦0.1uF即可，用于10M 以下；20M以上用1到10个uF，去除高频噪声好些，大概按C=1/f。旁路一般就比较的小了，一般根据谐振频率一般为0.1或0.01uF。
说到电容，各种各样的叫法就会让人头晕目眩，旁路电容，去耦电容，滤波电容等等，其实无论如何称呼，它的原理都是一样的，即利用对交流信号呈现低阻抗的特性，这一点可以通过电容的等效阻抗公式看出来：Xcap=1/2лfC，工作频率越高，电容值越大则电容的阻抗越小.。在电路中，如果电容起的主要作用是给交流信号提供低阻抗的通路，就称为旁路电容；如果主要是为了增加电源和地的交流耦合，减少交流信号对电源的影响，就可以称为去耦电容；如果用于滤波电路中，那么又可以称为滤波电容；除此以外，对于直流电压，电容器还可作为电路储能，利用冲放电起到电池的作用。而实际情况中，往往电容的作用是多方面的，我们大可不必花太多的心思考虑如何定义。本文里，我们统一把这些应用于高速PCB设计中的电容都称为旁路电容. 电容的本质是通交流，隔直流，理论上说电源滤波用电容越大越好。 但由于引线和PCB布线原因，实际上电容是电感和电容的并联电路，（还有电容本身的电阻，有时也不可忽略） 这就引入了谐振频率的概念：ω=1/(LC)1/2 在谐振频率以下电容呈容性，谐振频率以上电容呈感性。因而一般大电容滤低频波，小电容滤高频波。 这也能解释为什么同样容值的STM封装的电容滤波频率比DIP封装更高。 至于到底用多大的电容，这是一个参考
去耦电容的配置 去耦电容不是一般称的滤波电容,滤波电容指电源系统用的,去藕电容则是分布在器件附近或子电路处主要用于对付器件自身或外源性噪声的特殊滤波电容,故有特称——去耦电容,去耦指“去除(噪声)耦合”之意. 1、去耦电容的一般配置原则 ● 电源输入端跨接一个10~100uF的电解电容器,如果印制电路板的位置允许,采用100uF 以上的电解电容器的抗干扰效果会更好. ● 为每个集成电路芯片配置一个0.01uF的陶瓷电容器.如遇到印制电路板空间小而装不下时,可每4~10个芯片配置一个1~10uF钽电解电容器,这种器件的高频阻抗特别小,在500kH z~20MHz范围内阻抗小于1Ω,而且漏电流很小(0.5uA以下). ● 对于噪声能力弱、关断时电流变化大的器件和ROM、RAM等存储型器件,应在芯片的电源线(Vcc)和地线(GND)间直接接入去耦电容. ● 去耦电容的引线不能过长,特别是高频旁路电容不能带引线. ● 在印制板中有接触器、继电器、按钮等元件时．操作它们时均会产生较大火花放电,必须RC 电路来吸收放电电流.一般R 取1 ~ 2K,C取2.2 ~ 47UF. ● CMOS的输入阻抗很高,且易受感应,因此在使用时对不用端要接地或接正电源. ● 设计时应确定使用高频低频中频三种去耦电容,中频与低频去耦电容可根据器件与PCB 功耗决定,可分别选47-1000uF和470-3300uF;高频电容计算为: C="P/V"*V*F. ● 每个集成电路一个去耦电容.每个电解电容边上都要加一个小的高频旁路电容. ● 用大容量的钽电容或聚酷电容而不用电解电容作电路充放电储能电容.使用管状电时,外壳要接地. 由于大部分能量的交换也是主要集中于器件的电源和地引脚,而这些引脚又是独立的直接和地电平面相连接的.这样,电压的波动实际上主要是由于电流的不合理分布引起.但电流的分布不合理主要是由于大量的过孔和隔离带造成的.这种情况下的电压波动将主要传输和影响到器件的电源和地线引脚上. 为减小集成电路芯片电源上的电压瞬时过冲,应该为集成电路芯片添加去耦电容.这可以有效去除电源上的毛刺的影响并减少在印制板上的电源环路的辐射. 当去耦电容直接连接在集成电路的电源管腿上而不是连接在电源层上时,其平滑毛刺的效果最好.这就是为什么有一些器件插座上带有去耦电容,而有的器件要求去耦电容距器件的距离要足够的小. 2、配置电容的经验值 好的高频去耦电容可以去除高到1GHZ的高频成份.陶瓷片电容或多层陶瓷电容的高频特性较好.设计印刷线路板时,每个集成电路的电源,地之间都要加一个去耦电容. 去耦电容有两个作用:一方面是本集成电路的蓄能电容,提供和吸收该集成电路开门关门瞬间的充放电能;另一方面旁路掉该器件的高频噪声. 数字电路中典型的去耦电容为0.1uF的去耦电容有5nH分布电感,它的并行共振频率大约在7MHz左右,也就是说对于10MHz以下的噪声有较好的去耦作用,对40MHz以上的噪声几乎不起作用. 1uF,10uF电容,并行共振频率在20MHz以上,去除高频率噪声的效果要好一些.在电源进入印刷板的地方放一个1uF或10uF的去高频电容往往是有利的,即使是用电池供电的系统