什么是去耦電容？為什么要去耦?

“電路中裝設(shè)在元件的電源端的電容為去耦電容?！?/p>

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去耦電容

去耦電容是電路中裝設(shè)在元件的電源端的電容，此電容可以提供較穩(wěn)定的電源，同時也可以降低元件耦合到電源端的噪聲，間接可以減少其他元件受此元件噪聲的影響。

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。對于同一個電路來說，旁路（bypass）電容是把輸入信號中的高頻噪聲作為濾除對象，把前級攜帶的高頻雜波濾除，而去耦（decoupling）電容也稱退耦電容，是把輸出信號的干擾作為濾除對象。去耦電容用在放大電路中不需要交流的地方，用來消除自激，使放大器穩(wěn)定工作。

在共享導體的電路中，共享電源的時候，當一個器件需要對外提供輸出的時候就會同時拉低該導體的電壓，產(chǎn)生噪聲耦合到共享的電路中。在有噪聲的環(huán)境中，這些電磁波會在導體內(nèi)感應出電壓信號，影響回路中的元件。在數(shù)位電路中，器件容易在臨界位置由于干擾而產(chǎn)生錯誤的信號，從而產(chǎn)生錯誤的動作。去耦電容可以減少以上情形的發(fā)生。

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為什么加電容

PCB設(shè)計過程中工程師幾乎必做的事就是給每個電源管腳（Vcc、Vdd等）加上一個0.1uF的陶瓷電容，并在某些地方加上更大容量的極性電容，幾乎成了每天吃飯必定要吃碗米一樣的事情了，但Why呢？

為什么要加這些電容？

為什么要加0.1uF的？

為什么有時還要加其它值的電容？

在PCB上這些電容放在哪里？

本質(zhì)上我們設(shè)計的所有電路可以像下圖一樣抽象一下：

板子上有n個不同的負載（比如某個運放電路、MCU的內(nèi)核、MCU的IO、ADC、時鐘），每個負載都需要穩(wěn)定地供電 - 電壓穩(wěn)定、干凈，電流充足，在此圖上我只畫出2個負載進行舉例；

電源產(chǎn)生電路，它為每個負載提供能源

每個負載要正常工作，前提就是負載上的供電電壓要穩(wěn)，如果是5V，就得是盡可能干凈的5V，如下圖：

但該負載內(nèi)的器件們工作起來，都要動態(tài)地吸收電流，供電電壓就變成了下面的鳥樣子：

也就是在5V的DC上疊加了各種高頻率的噪聲，這些噪聲是由于器件對供電電流的需求導致的電壓波動，可以看成是在DC 5V上“耦合”了由于器件工作帶來的AC噪聲。
這樣耦合了AC的DC供電電壓不僅會影響本負載區(qū)域內(nèi)的電路的工作，也會影響到其它連接在同一個VCC上的其它負載的工作，有可能導致那些負載的電路工作出現(xiàn)問題。

怎么辦呢？當然就是把每個地區(qū)的問題控制在該地區(qū)范圍內(nèi)嘍：

電源供電取決于變換的方式，其供電本身在DC上就有紋波，因此我們需要在電源輸出Vout端要有電容C1（我們可以看成是國家糧倉）負責將供電電壓上的噪聲降到盡可能的低，完全為零是不可能的，因為完美的世界從來都不存在，只要不影響后面負載的正常工作即可。

既然每個負載工作起來會導致其電源出現(xiàn)額外的波動，那就讓波動在本地盡可能降低，且不影響到其它負載的工作。降低負載供應波動影響的方式就是加強能即時響應的供給（本地糧庫） - 通過備用的供給平滑掉主供給快速反應方面的不足。電容的本性就是儲能，用電容來做備用電能提供供給也就能平滑掉負載瞬間的需求帶來的波動（不同的電容響應速度也不同，且聽下文分解），保證該負載的電壓盡可能穩(wěn)定，也就是將有可能耦合到DC上的AC給去除掉（去耦的含義1），同時由于讓本地的DC穩(wěn)定，降低了對其它負載的波及（去耦的含義2）。

從電源上看，沒有去耦電容的時候如左側(cè)的波形，加上了去耦電容之后變成了右側(cè)的樣子，供電電壓的波形變得干凈了，我們稱該電容的作用是去掉了耦和在干凈的DC上的噪聲，所以該電容被稱之為去耦電容，當然也可以被稱之為旁路（Bypass）電容，因為該電容將DC上耦和的噪聲給旁路到地上去了，只留下干凈的DC給后續(xù)的電路供電。

舉一個例子 ：每個負載的工作就像我們平日吃“糧食”，每家的用量是動態(tài)的、不確定的，所有家庭用的“糧食”加在一起平均下來就相當于在本地區(qū)的供糧量（穩(wěn)定的），但由于每家每天的糧食消耗量很隨機，導致供糧的渠道上會有波動，如果沒有本地區(qū)的糧庫（每家也都有儲備糧），每個地區(qū)的糧食供應就會出現(xiàn)波動，而且A地區(qū)的波動就會影響到B地區(qū)，我們當然不希望這種情況發(fā)生，所以在每個地區(qū)都會有本地糧庫儲存糧食，這樣每個地區(qū)內(nèi)部用糧得到保障，地區(qū)和地區(qū)之間不會產(chǎn)生干擾。

當然如果給所有地區(qū)供糧的上游出現(xiàn)了波動，而這種波動超過了本地糧庫的平滑能力，那該地區(qū)的家庭用糧自然也會出現(xiàn)問題。
就是如此簡單。

03

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電容的作用

1、大容值電容的作用

容值比較大的電容，理論上可以理解成水缸或者水池子，同時，大家可以直接把電流理解成水流，其實大自然萬物的原理都是類似的。

【作用一】緩沖作用。當上電的瞬間，電流從電源處流下來的時候，不穩(wěn)定，容易沖擊電子器件，加個電容可以起到緩沖作用。就如同我們直接用水龍頭的水澆地，容易沖壞花花草草。我們只需要在水龍頭處加個水池，讓水經(jīng)過水池后再緩慢流進草地，就不會沖壞花草，起到有效的保護作用。

【作用二】穩(wěn)定作用。我們的一整套電路，后級電子器件的功率大小都不一樣，而器件正常工作的時候，所需電流的大小也不是一成不變的。比如后級有個器件還沒有工作的時候，電流消耗是100mA，突然它參與工作了，電流猛的增大到了150mA，這個時候如果沒有一個水缸的話，電路中的電壓（水位）就會直接突然下降，比如我們的5V電壓突然降低到3V了。

而我們系統(tǒng)中有些電子元器件，必須高于一定的電壓才能正常工作，電壓太低就直接不工作了，這個時候水缸就必不可少了。電容會在這個時候把存儲在里邊的電量釋放一下，穩(wěn)定電壓，當然，隨后前級的電流會及時把水缸充滿的。

有了這個電容，可以說我們的電壓和電流就會很穩(wěn)定了，不會產(chǎn)生大的波動。這種電容常用的有如圖3-2、圖3-3、圖3-4 所示三種：

這三種電容是最常用的三種，其中第一種個頭大，占空間大，單位容量價格最便宜，第二種和第三種個頭小，占空間小，性能一般也略好于第一種，但是價格也貴不少。當然，除了價格，還有一些特殊參數(shù)，在通信要求高的場合也要考慮很多。

2、電容的選取

第一個參數(shù)是耐壓值的考慮。我們用的是5V系統(tǒng)，電容的耐壓值要高于5V，一般1.5倍到2倍即可，有些場合稍微再高點也可以。

第二個參數(shù)是電容容值，這個就需要根據(jù)經(jīng)驗來選取了，選取的時候，要看這個電容起作用的整套系統(tǒng)的功率消耗情況，如果系統(tǒng)耗電較大，波動可能比較大，那么容值就要選大一些，反之可以小一些。

3、小容值電容的作用

我們再來看圖3-1中的另一種電容C10，它容值較小，是0.1uF，也就是 100nF，是用來濾除高頻信號干擾的。比如ESD，EFT等。我們初中學過電容的特性——可以通交流隔直流，但是電容的參數(shù)對不同頻率段的干擾的作用是不一樣的。

這個100nF的電容，是我們的前輩根據(jù)干擾的頻率段，根據(jù)板子的參數(shù)，根據(jù)電容本身的參數(shù)所總結(jié)出來的一個值。也就是說，以后大家在設(shè)計數(shù)字電路的時候，在電源處的去耦高頻電容，直接用這個 0.1uF就可以了，不需要再去計算和考量太多。

4、其他注意事項

在所有的IC器件的VCC和GND之間，都放一個0.1uF的高頻去耦電容，特別在布板的時候，這個0.1uF電容要盡可能的靠近IC，盡量很順利的與這個 IC的VCC和GND連到一起。

審核編輯 ：李倩