在團(tuán)隊(duì)硬件圖紙?jiān)u審的過程中，經(jīng)常聽到有硬件工程師們張口閉口的這里加個(gè)旁路電容，那里加個(gè)電容。或者問到這個(gè)電容是什么作用時(shí)，多數(shù)工程師張口就是旁路，退耦等等...... ?有一部分人根本就沒弄懂這兩個(gè)詞的根本意思，只是憑著平時(shí)看公眾號文章，不求甚解的記錄概念。

作為硬件工程師，如果想要深入到高級和資深的職業(yè)生涯，就一定得尋根究底的研究問題，開始可能比較難建立知識(shí)體系，只要不斷深入，體系自現(xiàn)。

無論是旁路電容還是退耦電容，對于電容器來說，它往往不是單一的一個(gè)作用，嚴(yán)格來說旁路和去耦是電路過程中電容的一種功效，而在電容器上一般都是多種這樣的效果共同作用。

1、電容的旁路作用

旁路（Bypass），是指給信號中的某些高頻噪聲部分提供一條低阻抗的通路。電源中高頻干擾是典型的無用成分，需要將其在進(jìn)入目標(biāo)芯片之前濾除掉，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（Bypass Capacitor）,它利用了電容的頻率阻抗特性，可以看出旁路電容主要針對高頻干擾（高是相對的，一般認(rèn)為20MHz以上為高頻干擾，20MHz以下為低頻紋波）。

旁路電容就是把電源或者輸入信號中的交流分量的干擾作為濾除對象來工作的。

如上圖中，有了旁路電容，將電源 5V 中的交流分量進(jìn)行濾除。將藍(lán)色波形變成粉紅色的穩(wěn)定波形。一般來說，這個(gè)旁路電容需要靠近電源放置。

旁路電容的主要功能是產(chǎn)生一個(gè)交流分路，從而消去進(jìn)入易感區(qū)的那些不需要的能量。旁路電容一般作為高頻旁路器件來減小對電源模塊的瞬態(tài)電流需求。通常鋁電解電容和鉭電 容比較適合作旁路電容，其電容值取決于 PCB 板上的瞬態(tài)電流需求，一般在 10 至 470μF 范圍內(nèi)。

2、電容的去耦作用

去耦電容（decoupling）一般放置在芯片的電源管腳附近，由于芯片自身用電過程中信號跳變產(chǎn)生的電源管腳對外的波形輸出，我們需要采用電容器進(jìn)行濾除。

在數(shù)字電路中，當(dāng)電路從一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種狀態(tài)時(shí)，就會(huì)在電源線上產(chǎn)生一個(gè)很大的尖峰電流，形成瞬變的噪聲電壓，會(huì)影響前級的正常工作。這就是耦合。對于噪聲能力弱、關(guān)斷時(shí)電流變化大的器件和 ROM、RAM 等存儲(chǔ)型器件，應(yīng)在芯片的電源線（Vcc）和地線（GND）間直接接入去耦合的電容。

去偶電容是把信號電源管腳的輸出干擾作為濾除對象，防止干擾信號返回電源。

去耦電容也稱退耦電容，它在集成電路電源和地之間的有兩個(gè)作用：一方面充當(dāng)本集成電路的蓄能電容，另一方面可以旁路掉該器件的高頻噪聲 (電容對高頻阻抗小，將之瀉至 GND，也是提供一個(gè)高頻回路，所以從集成電路向外看，這個(gè)退耦電容也是旁路掉了自身的高頻噪聲信號)。

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，對于 10MHz 以 下的噪聲有較好的去耦效果，對 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的，這種卷起來的結(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 0.01μ。

退耦最早用于多級電路中，為保證前后級間傳遞信號而不互相影響各級靜態(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)生的噪聲對電源的干擾（家丑不外揚(yáng)）。有人說退耦是針對低頻、旁路是針對高頻，我認(rèn)為這樣說是不準(zhǔn)確的，高速芯片內(nèi)部開關(guān)操作可能高達(dá)上GHz，由此引起對電源線的干擾明顯已經(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。所以我們在一般的討論中并不刻意區(qū)分退耦和旁路，認(rèn)為都是為了濾除噪聲，而不管該噪聲的來源。

2、案例分析

帶去耦合和不帶去耦合情況下的電流

電源供電線路中的電感將限制暫態(tài)電流。去耦電容與器件非常接近，因此電流路徑的電感很小。在暫態(tài)過程中，該電容器可在非常短的時(shí)間內(nèi)向器件提供超大量的電流。未采用去耦電容的器件無法提供暫態(tài)電流，因此放大器的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)會(huì)下垂（通常稱為干擾）。無去耦電容的器件其內(nèi)部電源干擾會(huì)導(dǎo)致器件工作不連續(xù)，原因是內(nèi)部節(jié)點(diǎn)未獲得正確的偏置。

編輯：黃飛

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