[经验]

旁路电容和去耦电容总结

2018-12-7 09:39:59

2421 CAN 收发器

关于旁路电路和去耦电容，基本上有经验的都知道如何处理，不过估计没有几个人会去完整总结。看到网友的一篇博客比较完整的梳理整理了这两个概念，转发到这里供大家参考

写作原因：
最近工作重心由软件渐渐向硬件偏移,画PCB ,PCB 我是不感兴趣的只当复习玩玩，无聊画板之余研究一下原理图硬件电路设计才真正接受画板工作的原因(因为硬件到现在还是我的“硬伤”).....
今天在看CAN总线资料时突然看到can原理图TJA1050 CAN收发器电源管脚外接电源时节了一个电容到地，突然想起昨天同事顺子跟我说布线时电源要先连接电容再接到芯片电源管脚那时不知所云，但是今天又遇到所以便开始了我的“瞎琢磨”....

我一连串的发问：
这个电容到底有什么用呢？
为什么用的是0.1uf 大小的电容，这个值有没有要求？
一查百度，发现他叫“旁路电容”，如果放在另外的位置它叫“去耦电容”，神奇呀！
下面我们来说是“旁路电容”和“去耦电容”：（有点抄百度的节奏）

一.定义和区别
旁路（bypass）电容：是把输入信号中的高频成分作为滤除对象；

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。

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

二.作用
去耦电容:
去耦电容主要有2个作用：
（1）去除高频信号干扰；
（2）蓄能作用；（而实际上，芯片附近的电容还有蓄能的作用，这是第二位的）
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耦电容，这样交流分量就从这个电容接地。）
附加：
所谓的藕合：是在前后级间传递信号而不互相影响各级静态工作点的元件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。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。去耦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。

三.为什么用的是0.1uf 大小的电容，这个值有没有要求？

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。
去耦电容在集成电路电源和地之间有两个作用：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5nH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2MHz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，其电容值可按C=1/F来计算，即10MHz取0.1μF，100MHz取0.01μF。