關(guān)于去耦電容和旁路電容
旁路電容不是理論概念，而是一個(gè)經(jīng)常使用的實(shí)用方法，在50 -- 60年代，這個(gè)詞也就有它特有的含義，現(xiàn)在已不多用。電子管或者晶體管是需要偏置的，就是決定工作點(diǎn)的直流供電條件。例如電子管的柵極相對(duì)于陰極往往要求加有負(fù)壓，為了在一個(gè)直流電源下工作，就在陰極對(duì)地串接一個(gè)電阻，利用板流形成陰極的對(duì)地正電位，而柵極直流接地，這種偏置技術(shù)叫做“自偏”，但是對(duì)(交流)信號(hào)而言，這同時(shí)又是一個(gè)負(fù)反饋，為了消除這個(gè)影響，就在這個(gè)電阻上并聯(lián)一個(gè)足夠大的點(diǎn)容，這就叫旁路電容。后來(lái)也有的資料把它引申使用于類(lèi)似情況。
去耦電容在集成電路電源和地之間的有兩個(gè)作用：一方面是本集成電路的蓄能電容，另一方面旁路掉該器件的高頻噪聲。數(shù)字電路中典型的去耦電容值是 0.1μF。這個(gè)電容的分布電感的典型值是5μH。0.1μF的去耦電容有5μH的分布電感，它的并行共振頻率大約在7MHz左右，也就是說(shuō)，對(duì)于 10MHz以下的噪聲有較好的去耦效果，對(duì)40MHz以上的噪聲幾乎不起作用。1μF、10μF的電容，并行共振頻率在20MHz以上，去除高頻噪聲的效果要好一些。每10片左右集成電路要加一片充放電電容，或1個(gè)蓄能電容，可選10μF左右。最好不用電解電容，電解電容是兩層薄膜卷起來(lái)的，這種卷起來(lái)的結(jié)構(gòu)在高頻時(shí)表現(xiàn)為電感。要使用鉭電容或聚碳酸酯電容。去耦電容的選用并不嚴(yán)格，可按C=1/F，即10MHz取0.1μF，100MHz取 0.01μF。
一般來(lái)說(shuō)，容量為uf級(jí)的電容，象電解電容或鉭電容，他的電感較大，諧振頻率較小，對(duì)低頻信號(hào)通過(guò)較好，而對(duì)高頻信號(hào)，表現(xiàn)出較強(qiáng)的電感性，阻抗較大，同時(shí)，大電容還可以起到局部電荷池的作用，可以減少局部的干擾通過(guò)電源耦合出去;容量為0.001~0.1uf的電容，一般為陶瓷電容或云母電容，電感小，諧振頻率高，對(duì)高頻信號(hào)的阻抗較小，可以為高頻干擾信號(hào)提供一條旁路，減少外界對(duì)該局部的耦合干擾
旁路是把前級(jí)或電源攜帶的高頻雜波或信號(hào)濾除;去藕是為保正輸出端的穩(wěn)定輸出(主要是針對(duì)器件的工作)而設(shè)的“小水塘”，在其他大電流工作時(shí)保證電源的波動(dòng)范圍不會(huì)影響該電路的工作;補(bǔ)充一點(diǎn)就是所謂的藕合：是在前后級(jí)間傳遞信號(hào)而不互相影響各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)的元件
有源器件在開(kāi)關(guān)時(shí)產(chǎn)生的高頻開(kāi)關(guān)噪聲將沿著電源線傳播。去耦電容的主要功能就是提供一個(gè)局部的直流電源給有源器件，以減少開(kāi)關(guān)噪聲在板上的傳播和將噪聲引導(dǎo)到地。
摘引自倫德全《電路板級(jí)的電磁兼容設(shè)計(jì)》一文，該論文對(duì)噪聲耦和路徑、去耦電容和旁路電容的使用都講得不錯(cuò)。請(qǐng)參閱。
從電路來(lái)說(shuō)，總是存在驅(qū)動(dòng)的源和被驅(qū)動(dòng)的負(fù)載。如果負(fù)載電容比較大，驅(qū)動(dòng)電路要把電容充電、放電，才能完成信號(hào)的跳變，在上升沿比較陡峭的時(shí)候，電流比較大，這樣驅(qū)動(dòng)的電流就會(huì)吸收很大的電源電流，由于電路中的電感，電阻(特別是芯片管腳上的電感，會(huì)產(chǎn)生反彈)，這種電流相對(duì)于正常情況來(lái)說(shuō)實(shí)際上就是一種噪聲，會(huì)影響前級(jí)的正常工作。這就是耦合。
去耦電容就是起到一個(gè)電池的作用，滿足驅(qū)動(dòng)電路電流的變化，避免相互間的耦合干擾。
旁路電容實(shí)際也是去耦合的，只是旁路電容一般是指高頻旁路，也就是給高頻的開(kāi)關(guān)噪聲提高一條低阻抗泄防途徑。高頻旁路電容一般比較小，根據(jù)諧振頻率一般是 0.1u，0.01u等，而去耦合電容一般比較大，是10u或者更大，依據(jù)電路中分布參數(shù)，以及驅(qū)動(dòng)電流的變化大小來(lái)確定。
1，耦合，有聯(lián)系的意思。
2，耦合元件，尤其是指使輸入輸出產(chǎn)生聯(lián)系的元件。
3，去耦合元件，指消除信號(hào)聯(lián)系的元件。
4，去耦合電容簡(jiǎn)稱去耦電容。
5，例如，晶體管放大器發(fā)射極有一個(gè)自給偏壓電阻，它同時(shí)又使信號(hào)產(chǎn)生壓降反饋到輸入端形成了輸入輸出信號(hào)耦合，這個(gè)電阻就是產(chǎn)生了耦合的元件，如果在這個(gè)電阻兩端并聯(lián)一個(gè)電容，由于適當(dāng)容量的電容器對(duì)交流信號(hào)較小的阻抗(這需要計(jì)算)這樣就減小了電阻產(chǎn)生的耦合效應(yīng)，故稱此電容為去耦電容。
去耦和旁路都可以看作濾波。正如ppxp所說(shuō)，去耦電容相當(dāng)于電池，避免由于電流的突變而使電壓下降，相當(dāng)于濾紋波。具體容值可以根據(jù)電流的大小、期望的紋波大小、作用時(shí)間的大小來(lái)計(jì)算。去耦電容一般都很大，對(duì)更高頻率的噪聲，基本無(wú)效。旁路電容就是針對(duì)高頻來(lái)的，也就是利用了電容的頻率阻抗特性。電容一般都可以看成一個(gè)RLC串聯(lián)模型。在某個(gè)頻率，會(huì)發(fā)生諧振，此時(shí)電容的阻抗就等于其ESR。如果看電容的頻率阻抗曲線圖，就會(huì)發(fā)現(xiàn)一般都是一個(gè)V形的曲線。具體曲線與電容的介質(zhì)有關(guān)，所以選擇旁路電容還要考慮電容的介質(zhì)，一個(gè)比較保險(xiǎn)的方法就是多并幾個(gè)電容。
我們?cè)诋?huà)電路的交流等效圖時(shí)，認(rèn)為電源的正負(fù)極是連在一起的。但是實(shí)際上中間還隔了一個(gè)電源內(nèi)阻。在這里并上一個(gè)合適的電容。就可以看成是真正的消除了電源內(nèi)阻的影響，以至于前后級(jí)電路不會(huì)通過(guò)電源干擾。
去耦電容是電路中防止前后級(jí)電路的干擾信號(hào)通過(guò)電源相互串?dāng)_，相當(dāng)于濾波作用。
在電子電路中，去耦電容和旁路電容都是起到抗干擾的作用，電容所處的位置不同，稱呼就不一樣了。
對(duì)于同一個(gè)電路來(lái)說(shuō)，旁路(bypass)電容是把輸入信號(hào)中的高頻噪聲作為濾除對(duì)象，把前級(jí)攜帶的高頻雜波濾除，而去耦(decoupling，也稱退耦)電容是把輸出信號(hào)的干擾作為濾除對(duì)象。
在供電電源和地之間也經(jīng)常連接去耦電容，它有三個(gè)方面的作用：一是作為本集成電路的蓄能電容;二是濾除該器件產(chǎn)生的高頻噪聲，切斷其通過(guò)供電回路進(jìn)行傳播的通路;三是防止電源攜帶的噪聲對(duì)電路構(gòu)成干擾。
去耦電容由C1、C2、C3并聯(lián)分別承擔(dān)低頻、高頻交流成分濾波的任務(wù)。電解電容C1一般容量較大，在低頻時(shí)能提供好的通路，而在高頻時(shí)由于其寄生電感的存在阻抗將變大無(wú)法提供濾波通路，這里取10uF;陶瓷電容C2由于其容量一般較小，所以在低頻時(shí)阻抗較大無(wú)法提供濾波通路，而在高頻時(shí)阻抗變小則會(huì)有很好的濾波特性，這里取0.1uF;這樣可以看出C1、C2的濾波特性是互補(bǔ)的，需要同時(shí)利用才能得到較寬頻的有效濾波范圍。當(dāng)然，如果需要更寬的濾波頻段還可用更多不同類(lèi)型的電容并聯(lián)得到，如這里的C3，取0.01uF。 電源線要盡可能寬，使阻抗降低，減小尖峰效應(yīng)。去耦一定要好，數(shù)模電源
一定要分開(kāi)，分別把高質(zhì)量的陶瓷去耦電容盡可能近的接到各自引腳。這里再介紹一下電源去耦電路參數(shù)的選擇：
C1的選擇：c1=K*I*tr/U,這里
假設(shè)電源提供電流為I，則
K通常取10，是經(jīng)驗(yàn)比例。
參數(shù)含義見(jiàn)圖11。(抱歉，圖沾不上)
一般應(yīng)用時(shí)取電容標(biāo)稱值在計(jì)算值 附近就可以了。
C2的選擇：
C2為高頻陶瓷電容，一般在0.1uF以下取值。
旁路是把輸入信號(hào)中的干擾作為濾除對(duì)象，而去耦是把輸出信號(hào)的干擾作為濾除對(duì)象，防止干擾信號(hào)返回電源。這應(yīng)該是他們的本質(zhì)區(qū)別，不知道前面諸位仁兄為何不提這個(gè)。
所謂“去耦”的得名，前面已經(jīng)說(shuō)的非常清楚;
所謂“旁路”，就是給高頻噪聲一條低阻的釋放途徑。有點(diǎn)馬其諾防線的意思。
編輯：admin 最后修改時(shí)間：2018-01-05
