电路中滤波电容和退耦电容_关于滤波电容、去耦电容、旁路电容作用

电容器在减少同步开关噪声方面起着重要作用，电源完整性设计的重点是如何合理选择和放置这些电容器。各种电容器种类繁多，但无论如何分类，其基本原理都是利用电容器低阻交变信号。交变电流频率F越高，电容阻抗越低。旁路电容器的主要功能是为交流信号提供低阻抗通路；去耦电容器的主要功能是向有源设备提供局部直流电源，减少板上开关噪声的传播，引导噪声到地，加入去耦电容器后电压的纹波干扰显著减少；滤波电容器通常用于滤波电路。

对于理想的电容器，如果不考虑寄生电感和电阻的影响，电容设计就不用担心了。电容值越大越好。但实际情况相差甚远。不是电容器越大，对高速电路越有利。相反，小电容器可以用于高频。

滤波器电容器用于过滤电源整流电路中的交流成分。使输出的直流更加光滑。去耦电容器用于放大电路中不需要交流的地方，用于消除自我激励，使放大器稳定工作。当电阻连接时，旁路电容器连接到电阻两端，使交流信号顺利通过。

1.了解去耦电容的蓄能效果

(1)去耦电容器主要去除高频，如RF通过电磁辐射进入信号干扰。事实上，芯片附近的电容器也有蓄能作用，这是第二位的。你可以把总电源视为水库。我们大楼里的每个家庭都需要供水。此时，水不直接来自水库。距离太远了。当水来临时，我们已经渴了。实际水来自大楼顶部的水塔，水塔实际上是一个buffer的作用。从微观上看，高频设备的电流不连续，频率很高VCC总电源有一段距离，即使距离不长，阻抗频率高Z＝i*wL R，线路的电感也会产生很大的影响，导致设备在需要电流时无法及时供应。而且去耦电容可以弥补这一不足。这也是为什么很多电路板在高频器件VCC小电容放置在管脚处的原因之一(在Vcc引脚上通常并联一个去耦电容，使交流重量从电容接地。

（2）开关过程中有源设备产生的高频开关噪声将沿电源线传播。去耦电容器的主要功能是向有源设备提供局部直流电源，以减少开关噪声在板上的传播，并引导噪声到地。

2.旁路电容和去耦电容的区别

去耦：从高频切换过程中，从高频设备进入配电网络RF能量。去耦电容器还可以为设备提供局部化DC电压源对降低跨板浪涌电流特别有用。

旁路：不想要的共模从元件或电缆中转移RF能量。这主要是通过产生的。AC除了基带滤波功能(带宽有限)外，旁路还可以消除无意的能量进入敏感部位。

我们经常可以看到，去耦电容器连接到电源和地面之间有三个功能：一是作为集成电路的储能电容器；二是过滤设备产生的高频噪声，切断通过电源电路传输的通道；三是防止电源携带的噪声干扰电路。

在电子电路中，去耦电容和旁路电容起到抗干扰的作用，电容的位置不同，名称也不同。对于同一电路，旁路(bypass)电容器以输入信号中的高频噪声为过滤对象，过滤前级携带的高频杂波，去耦(decoupling)电容器，又称退耦电容器，是以输出信号的干扰为过滤对象。

在电路方面，总有驱动源和被驱动负载。如果负载电容相对较大，驱动电路充放电，完成信号跳转，在陡峭的上升边缘，电流较大，因此驱动电流会吸收大电源电流，由于电路、电阻（特别是芯片管脚电感，会反弹），电流实际上是一种噪声，会影响正常工作，这是耦合。

去耦电容是为了满足驱动电路电流的变化，避免相互耦合干扰。

旁路电容器实际上是去耦合的，但旁路电容器一般是指高频旁路，即提高高频开关噪声的低阻抗泄漏方式。高频旁路电容器一般相对较小，根据谐振频率一般为0.1u，0.01u等等，去耦电容一般比较大，是10u或更大，根据电路中的分布参数和驱动电流的变化来确定。

去耦和旁路可视为滤波。去耦电容相当于电池，避免电压因电流突变而下降，相当于滤波。具体容值可根据电流、预期纹波和工作时间计算。去耦电容器一般都很大，对噪音频率较高，基本无效。旁路电容是针对高频的，即利用电容的频率阻抗特性。一般来说，电容器可以个RLC串联模型。当电容器的阻抗等于某个频率时，会发生谐振ESR。如果你看电容器的频率阻抗曲线图，你会发现它通常是V形曲线。具体曲线与电容的介质有关，所以选择旁路电容还要考虑电容的介质，一个比较保险的方法就是多并几个电容。

去耦电容器在集成电路电源和地面之间有两个功能：一方面是集成电路的蓄能电容器，另一方面是设备的高频噪声。典型的数字电路去耦电容值为0.1μF。该电容分布电感的典型值为5μH。0.1μF去耦电容为5μH其并行共振频率约为7MHz也就是说，对于10，MHz以下噪声具有良好的去耦效果，对40MHz上述噪声几乎无效。1μF、10μF并行共振频率为20MHz以上，去除高频噪声的效果更好。每10片左右的集成电路应增加一个充放电电容器或一个蓄能电容器，可选10个μF左右。最好不要使用电解电容器。电解电容器由两层薄膜卷起。这种卷起结构在高频时表现为电感。使用钽电容器或聚碳酸酯电容器。去耦电容器的选择不严格，可按C=1/F，即10MHz取0.1μF，100MHz取0.01μF。