在电路设计中,我们经常可以看到在电源正极处会并联多个电容,一般是先过大电容,再过小电容。虽然大电容小电容的用处不一样,但是它们都叫“去耦”电容。

首先,先来分析一下电路中为什么要加“去耦”电容。一个电路中,从供电和用电的角度来看,可以分为两部分:电源和负载。负载一般需要纯净稳定的直流电,即不管负载电流如何变化,电源的电压波形应该是一条直线。这一点,几乎所有的电源都找不到,原因有许多:

1、电源有内阻,负载电流变化时,电源电压也跟着变;

2、电源可能带好多个负载(比如多个芯片),某个芯片的电流变化会导致电源电压跟着变化,从而再导致其他芯片的电压发生变化。

3、一些电子电源本身有较大的纹波,不是纯净的直流电。

4、各种电磁干扰窜入电路后,导致电源波动。

综上,各种原因产生的电源供电电压波动,相当于交流信号叠加在直流电线路上,从电源端“耦合”到负载端,或反之。这些干扰信号频率范围可以很宽广,它们可以从电源、负载、外界产生,通过相互耦合,影响电路的正常工作。如果负载是一个逻辑芯片,可能会导致高低电平识别错误。

解决办法是在电源与负载之间添加“去耦”电容,如下图所示:

去耦电容定义 电路-去耦电容(1)

当加上图中的去耦电容后,左端的高频成分被过滤平滑,右端就得到了平滑的直流电了。左端如果是电源,那么经过去耦电容后,电源的高频被过滤,不会影响到负载。左端如果是负载,那么负载的波纹也被过滤,不会耦合到电源。

所以去耦电容的作用是:将两个不同的电路或本地电路与外部电路隔离或去耦,换句话说,去耦电容用于将交流信号与直流信号去耦。

去耦电容应放置在电源和负载(IC)之间,彼此并联。当直流电源向电路供电时,去耦电容会对直流信号产生无限大的电抗,因为它们不会对电路产生如何影响。但对于交流信号,电容器将为高频信号创建一个低阻抗路径,以便分流,从而产生干净的直流信号。

去耦电容定义 电路-去耦电容(2)

定位涉及两个不同的电容器,考虑一个电容10uF的大电容放置在远离IC的位置,用于平滑电源中的低频变化,一个0.1uF的小电容放在靠近IC的位置,用于平滑高频电源的变化。如下图所示:

去耦电容定义 电路-去耦电容(3)

小电容器需要更靠近IC,这将更有效地过滤IC产生的高频信号,或更有效地抑制线路引入的高频信号对IC的影响。用于低频平滑的电容器类型最多的是电解电容器,而用于高频平滑的电容器是表面贴装陶瓷电容器。

选择去耦电容器的值没有太多限制(旁路电容需要根据实际电路计算)。由于去耦电容被广泛使用,因此一般做以下选择:

一些IC数据表提供要使用的电容器的确切值。去耦电容应始终直接连接到低阻抗接地层以使其有效运行。

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