去耦電容,旁路電容,濾波電容等

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1、關(guān)于濾波電容、去耦電容、旁路電容作用及其原理2011-03-2414:26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。去藕電容就是起到一個(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)際也是去藕合的，只是旁路電容一般是指高頻旁路，也就是給高頻的開關(guān)噪聲提高一條低阻抗泄防途徑。高頻旁

2、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。去耦和旁路都可以看作濾波。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)

3、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。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

4、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。退耦原理：（去耦即退耦）高手和前輩們總是告訴我們這樣的經(jīng)驗(yàn)法則：“在電路板的電源接入端放置一個(gè)1～10μF的電容，濾除低頻噪聲；在電路板上每個(gè)器件的電源與地線之間放置一個(gè)0.01～0.1μF的電容，濾除高頻噪聲?！痹跁昀锬軌虻玫降拇蠖鄶?shù)的高速PCB設(shè)計(jì)、高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)的經(jīng)典教程中也不厭其煩的引用該首選法則（老外俗稱RuleofThumb）。但是為什么要這樣使用呢？???????首先就我

5、的理解介紹兩個(gè)常用的簡(jiǎn)單概念。????????什么是旁路？旁路（Bypass），是指給信號(hào)中的某些有害部分提供一條低阻抗的通路。電源中高頻干擾是典型的無(wú)用成分，需要將其在進(jìn)入目標(biāo)芯片之前提前干掉，一般我們采用電容到達(dá)該目的。用于該目的的電容就是所謂的旁路電容（BypassCapacitor）,它利用了電容的頻率阻抗特性（理想電容的頻率特性隨頻率的升高，阻抗降低，這個(gè)地球人都知道），可以看出旁路電容主要針對(duì)高頻干擾（高是相對(duì)的，一般認(rèn)為20MHz以上為高頻干擾，20MHz以下為低頻紋波）。????????什么是退耦？退耦（Decouple），最早用于多級(jí)電路中，為保證前后級(jí)間傳遞信號(hào)

6、而不互相影響各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)的而采取的措施。在電源中退耦表示，當(dāng)芯片內(nèi)部進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作或輸出發(fā)生變化時(shí)，需要瞬時(shí)從電源在線抽取較大電流，該瞬時(shí)的大電流可能導(dǎo)致電源在線電壓的降低，從而引起對(duì)自身和其他器件的干擾。為了減少這種干擾，需要在芯片附近設(shè)置一個(gè)儲(chǔ)電的“小水池”以提供這種瞬時(shí)的大電流能力。???????在電源電路中，旁路和退耦都是為了減少電源噪聲。旁路主要是為了減少電源上的噪聲對(duì)器件本身的干擾（自我保護(hù)）；退耦是為了減少器件產(chǎn)生的噪聲對(duì)電源的干擾（家丑不外揚(yáng)）。有人說(shuō)退耦是針對(duì)低頻、旁路是針對(duì)高頻，我認(rèn)為這樣說(shuō)是不準(zhǔn)確的，高速芯片內(nèi)部開關(guān)操作可能高達(dá)上GHz，由此引起對(duì)電源線的干擾

7、明顯已經(jīng)不屬于低頻的范圍，為此目的的退耦電容同樣需要有很好的高頻特性。本文以下討論中并不刻意區(qū)分退耦和旁路，認(rèn)為都是為了濾除噪聲，而不管該噪聲的來(lái)源。?????????簡(jiǎn)單說(shuō)明了旁路和退耦之后，我們來(lái)看看芯片工作時(shí)是怎樣在電源線上產(chǎn)生干擾的。我們建立一個(gè)簡(jiǎn)單的IOBuffer模型，輸出采用圖騰柱IO驅(qū)動(dòng)電路，由兩個(gè)互補(bǔ)MOS管組成的輸出級(jí)驅(qū)動(dòng)一個(gè)帶有串聯(lián)源端匹配電阻的傳輸線（傳輸線阻抗為Z0）。??????????設(shè)電源引腳和地引腳的封裝電感和引線電感之和分別為：Lv