“電路中裝設(shè)在元件的電源端的電容為去耦電容。”

01

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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(shí)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(gè)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(dǎo)體的電路中，共享電源的時(shí)候，當(dāng)一個(gè)器件需要對外提供輸出的時(shí)候就會同時(shí)拉低該導(dǎo)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(dǎo)體內(nèi)感應(yīng)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(cuò)誤的信號，從而產(chǎn)生錯(cuò)誤的動作。去耦電容可以減少以上情形的發(fā)生。

02

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為什么加電容

PCB設(shè)計(jì)過程中工程師幾乎必做的事就是給每個(gè)電源管腳（Vcc、Vdd等）加上一個(gè)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(shí)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(jì)的所有電路可以像下圖一樣抽象一下：

板子上有n個(gè)不同的負(fù)載（比如某個(gè)運(yùn)放電路、MCU的內(nèi)核、MCU的IO、ADC、時(shí)鐘），每個(gè)負(fù)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(gè)負(fù)載進(jìn)行舉例；

電源產(chǎn)生電路，它為每個(gè)負(fù)載提供能源

每個(gè)負(fù)載要正常工作，前提就是負(fù)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(fù)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(dǎo)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(fù)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(gè)VCC上的其它負(fù)載的工作，有可能導(dǎo)致那些負(fù)載的電路工作出現(xiàn)問題。

怎么辦呢？當(dāng)然就是把每個(gè)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(fù)責(zé)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?yàn)橥昝赖氖澜鐝膩矶疾淮嬖冢灰挥绊懞竺尕?fù)載的正常工作即可。

既然每個(gè)負(fù)載工作起來會導(dǎo)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(fù)載的工作。降低負(fù)載供應(yīng)波動影響的方式就是加強(qiáng)能即時(shí)響應(yīng)的供給（本地糧庫） - 通過備用的供給平滑掉主供給快速反應(yīng)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(fù)載瞬間的需求帶來的波動（不同的電容響應(yīng)速度也不同，且聽下文分解），保證該負(fù)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(shí)由于讓本地的DC穩(wěn)定，降低了對其它負(fù)載的波及（去耦的含義2）。

從電源上看，沒有去耦電容的時(shí)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(dāng)然也可以被稱之為旁路（Bypass）電容，因?yàn)樵撾娙輰C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(gè)例子 ：每個(gè)負(fù)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(dāng)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(jī)，導(dǎo)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(gè)地區(qū)的糧食供應(yīng)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(dāng)然不希望這種情況發(fā)生，所以在每個(gè)地區(qū)都會有本地糧庫儲存糧食，這樣每個(gè)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(dāng)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(shí)，大家可以直接把電流理解成水流，其實(shí)大自然萬物的原理都是類似的。

【作用一】緩沖作用。當(dāng)上電的瞬間，電流從電源處流下來的時(shí)候，不穩(wěn)定，容易沖擊電子器件，加個(gè)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(gè)水池，讓水經(jīng)過水池后再緩慢流進(jìn)草地，就不會沖壞花草，起到有效的保護(hù)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(shí)候，所需電流的大小也不是一成不變的。比如后級有個(gè)器件還沒有工作的時(shí)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(gè)時(shí)候如果沒有一個(gè)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(gè)時(shí)候水缸就必不可少了。電容會在這個(gè)時(shí)候把存儲在里邊的電量釋放一下，穩(wěn)定電壓，當(dāng)然，隨后前級的電流會及時(shí)把水缸充滿的。

有了這個(gè)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(gè)頭大，占空間大，單位容量價(jià)格最便宜，第二種和第三種個(gè)頭小，占空間小，性能一般也略好于第一種，但是價(jià)格也貴不少。當(dāng)然，除了價(jià)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(gè)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(diǎn)也可以。

第二個(gè)參數(shù)是電容容值，這個(gè)就需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來選取了，選取的時(shí)候，要看這個(gè)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(xué)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(gè)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(gè)值。也就是說，以后大家在設(shè)計(jì)數(shù)字電路的時(shí)候，在電源處的去耦高頻電容，直接用這個(gè) 0.1uF就可以了，不需要再去計(jì)算和考量太多。

4、其他注意事項(xiàng)

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

審核編輯 ：李倩