也谈去耦电容

- 何谓正确去耦？有何必要性？

- 实际电容及其寄生效应

- 去耦电容类型

- 局部高频去耦建议

- 由LC去耦网络构成的谐振电路

- 不良去耦技术对性能的影响

为什么IC需要自己的去耦电容？

为了保证高频输入和输出。

每个集成电路(IC)都必须使用电容将各电源引脚连接到器件上的地，原因有二：防止噪声影响其本身的性能，以及防止它传输噪声而影响其它电路的性能。

电力线就像天线一样，可能会拾取其它地方的高频(HF)噪声，然后通过电场、磁场、电磁场和直接传导等方式耦合到系统中。电源端的高频噪声会影响许多电路的性能，因此，必须将IC电源上存在的任何高频噪声短接到地。为实现噪声短接，我们不能使用导体，因为它会造成直流短路，烧毁保险丝，但可以使用电容(通常为1nF至100nF)，它不仅能隔直，而且能实现高频噪声的短路连接。

1cm导线或PC走线具有大约8nH的电感(5Ω、100MHz时)，很难形成短路。用作高频短路的电容必须具有较低的引线和PC走线电感，因此，各电源电容必须非常靠近它去耦的IC的两个引脚。选择内部电感较低的电容也很重要，通常使用陶瓷电容。

许多IC中的电路会在电源端产生高频噪声，这种噪声也必须通过跨接在电源上的电容进行短路，以免破坏系统的其它部分。同样，引线和PC走线的长度至关重要：一方面，长引线会充当电感，使短路不够理想；另一方面，长导体会充当天线，通过电场、磁场和电磁场等方式将高频噪声传输到系统的其它部分。

因此，每个IC的每个电源引脚都应通过电感非常低的电容连接到IC的地引脚，地引脚可能有多个，必须利用较宽的低电感PC走线将所有地引脚接合在一起，使之成为单个低阻抗等电位星型接地点，这一点非常重要。

采用去耦和不采用去耦的缓冲电路（测量结果）

为带去耦电容器和不带去耦电容器（C1 和C2）情况下用于驱动 R-C 负载的缓冲电路。我们注意到，在不使用去耦电容器的情况下，电路的输出信号包含高频 (3.8MHz) 振荡。对于没有去耦电容器的放大器而言，通常会出现稳定性低、瞬态响应差、启动出现故障以及其它多种异常问题。

带去耦合和不带去耦合情况下的电流

电源线迹的电感将限制暂态电流。去耦电容与器件非常接近，因此电流路径的电感很小。在暂态过程中，该电容器可在非常短的时间内向器件提供超大量的电流。未采用去耦电容的器件无法提供暂态电流，因此放大器的内部节点会下垂（通常称为干扰）。无去耦电容的器件其内部电源干扰会导致器件工作不连续，原因是内部节点未获得正确的偏置。

PCB板中去耦电容的分类

去耦电容在补偿集成片或电路板工作电压跌落时能起到储能作用。它可以分成整体的、局部的和板间的三种。整体去耦电容又称旁路电容，它工作于低频（<1MHz）范围状态，为整个电路板提供一个电流源，补偿电路板工作时产生的ΔI噪声电流，保证工作电源电压的稳定。它的大小为PCB上所有负载电容和的50~100倍。它应放置在紧靠PCB外接电源线和地线的地方，印制线密度很高的地方。这不仅不会减小低频去耦，而且还会为PCB上布置关键性的印制线提供空间。

局部去耦电容有两个作用。

第一，出于功能上的考虑：通过电容的充放电使集成片得到的供电电压比较平稳，不会由于电压的暂时跌落导致集成片功能受到影响；

第二，出于EMC考虑：为集成片的瞬变电流提供就近的高频通道，使电流不至于通过环路面积较大的供电线路，从而大大减小向外的辐射噪声。同时由于各集成片拥有自己的高频通道，相互之间没有公共阻抗，抑止了其阻抗耦合。局部去耦电容安装在每个集成片的电源端子和接地端子之间，并尽量靠近集成片。

板间去耦电容是指电源面和接地面之间的电容，它是高频率时去耦电流的主要来源。板间电容可以通过增加电源层和接地层间面积来增大。在PCB中，一些接地面可以布到了电源层，移去这些接地面，用电源隔离区代之，可以增加板间电容。

PCB板中去耦电容的大小

在直流电源回路中，负载的变化会引起电源噪声。例如在数字电路中，当电路从一个状态转换为另一种状态时，就会在电源线上产生一个很大的尖峰电流，形成瞬变的噪声电压。配置去耦电容可以抑制因负载变化而产生的噪声，是印制电路板的可靠性设计的一种常规做法，好的高频去耦电容可以去除高到1GHz的高频成分。陶瓷片电容或多层陶瓷电容的高频特性较好。设计印制线路板时，每个集成电路的电源、地之间都要加一个去耦电容。去耦电容有两个作用：一方面是本集成电路的蓄能电