浅谈退耦电容和旁路电容对于芯片和电源的重要

依稀记得自己大二的时候第一次做多个电路板连接的系统时，每个模块分开测试都没问题，阻抗匹配也做好了，但连接起来就出问题，一直无法解决。后面去咨询了尹老师，才知道是电路之间通过电源互相影响导致的结果。

因为我们所做的是数模混合电路，数字信号就相当于干扰源，而我们另一端的模拟信号是非常脆弱的，它是被干扰者。用万用表和示波器测试电源的时候就发现，电源并不“干净”，混入了一些尖脉冲，可能的我的布局不合理的原因。这个时候我们就需要一个旁路电容把这些外来者请到GND去。旁路就是给高频噪声提供低阻抗的通道，让高频噪声往这个电容上走，然后流向GND。

一般来说，电源和GND之间，芯片的电源端和GND之间，都需要退耦和旁路电容以保证电路工作正常。

那为什么电路需要退耦电容呢？

退耦，就是指很多个芯片一起共用一个电源的时候，在每个芯片的电源端和地端都接上一个电容，该电容可以防止芯片内部进行开关动作或输出发生变化时，需要瞬时从电源线上抽取较大电流，该瞬时的大电流可能导致电源线上电压的降低，从而引起对自身和其他器件的干扰。为了减少这种干扰，需要在芯片附近设置一个储电的“小水池”以提供这种瞬时的大电流能力。简单的说，前级电路如果在某一瞬间突然需要从电源中抽取很大的电流，我这一级的芯片供电不会受到影响，这就是退耦。退耦电容应该直接连接在集成电路的电源管腿上。退耦电容能够有效的消除电路网络之间的寄生耦合，从而得名（我说的）。

那么容值如何选取呢？退耦电容的容值选取要看前后电路网络工作电压之差有多大，压差越大，退耦电容就要越大。退耦滤波电容的取值通常为 47~200 μF。

而关于旁路电容，它的原理就是滤波，我们一般选取大并小的方式（大电容再并联一个小电容）这是因为大电容体积过大，其中电感量也会增加，在高频时效果不理想，所以需要一个小电容补足。

以下是选取方式

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，这种器件的频阻抗特别小，在 500kHz ～ 20MHz 范围内阻抗小于 1 Ω，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（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。

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 4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和一个 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也需要这种电容。每 10 片左右的集成电路要加一片充放电电容，或称为蓄放电容，电容大小可选 10uf 。最好不用电解电容，电解电容是两层溥膜卷起来的，这种卷起来的结构在高频时表现为电感，最好使用胆电容或聚碳酸酝电容。去耦电容值的选取并不严格，可按 C=1/f 计算；即 10MHz 取 0.1uf 。

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