关于滤波电容、去耦电容、旁路电容的作用

只看该作者 · 2009-12-20 12:38

滤波电容用在电源整流电路中，用来滤除交流成分。使输出的直流更平滑。
去耦电容用在放大电路中不需要交流的地方，用来消除自激，使放大器稳定工作。
旁路电容用在有电阻连接时，接在电阻两端使交流信号顺利通过。
1.关于去耦电容蓄能作用的理解
1）去耦电容主要是去除高频如RF信号的干扰，干扰的进入方式是通过电磁辐射。

而实际上，芯片附近的电容还有蓄能的作用，这是第二位的。你可以把总电源看作密云水库，我们大楼内的家家户户都需要供水，这时候，水不是直接来自于水库，那样距离太远了，等水过来，我们已经渴的不行了。实际水是来自于大楼顶上的水塔,水塔其实是一个buffer的作用。如果微观来看，高频器件在工作的时候，其电流是不连续的，而且频率很高，而器件VCC到总电源有一段距离，即便距离不长，在频率很高的情况下，阻抗Z＝i*wL+R，线路的电感影响也会非常大，会导致器件在需要电流的时候，不能被及时供给。而去耦电容可以弥补此不足。这也是为什么很多电路板在高频器件VCC管脚处放置小电容的原因之一（在vcc引脚上通常并联一个去藕电容，这样交流分量就从这个电容接地。）
2）有源器件在开关时产生的高频开关噪声将沿着电源线传播。去耦电容的主要功能就是提供

一
个局部的直流电源给有源器件，以减少开关噪声在板上的传播和将噪声引导到地
2.旁路电容和去耦电容的区别

去耦：去除在器件切换时从高频器件进入到配电网络中的RF能量。去耦电容还可以为器件提供局部化的DC电压源，它在减少跨板浪涌电流方面特别有用。
旁路：从元件或电缆中转移出不想要的共模RF能量。这主要是通过产生AC旁路消除无意的能量进入敏感的部分，另外还可以提供基带滤波功能（带宽受限）。
我们经常可以看到，在电源和地之间连接着去耦电容，它有三个方面的作用：一是作为本集成电路的蓄能电容；二是滤除该器件产生的高频噪声，切断其通过供电回路进行传播的通路；三是防止电源携带的噪声对电路构成干扰。

在电子电路中，去耦电容和旁路电容都是起到抗干扰的作用，电容所处的位置不同，称呼就不一样了。对于同一个电路来说，旁路（bypass）电容是把输入信号中的高频噪声作为滤除对象，把前级携带的高频杂波滤除，而去耦（decoupling）电容也称退耦电容，是把输出信号的干扰作为滤除对象。
在大电容旁并联一个小电容的原因
大电容由于容量大，所以体积一般也比较大，且通常使用多层卷绕的方式制作，这就导致了大电容的分布电感比较大（也叫等效串联电感，英文简称ESL）。大家知道，电感对高频信号的阻抗是很大的，所以，大电容的高频性能不好。而一些小容量电容则刚刚相反，由于容量小，因此体积可以做得很小（缩短了引线，就减小了ESL，因为一段导线也可以看成是一个电感的），而且常使用平板电容的结构，这样小容量电容就有很小ESL这样它就具有了很好的高频性能，但由于容量小的缘故，对低频信号的阻抗大。所以，如果我们为了让低频、高频信号都可以很好的通过，就采用一个大电容再并上一个小电容的方式。常使用的小电容为 0.1uF的瓷片电容，当频率更高时，还可并联更小的电容，例如几pF，几百pF的。而在数字电路中，一般要给每个芯片的电源引脚上并联一个0.1uF的电容到地（这个电容叫做退耦电容，当然也可以理解为电源滤波电容,越靠近芯片越好），因为在这些地方的信号主要是高频信号，使用较小的电容滤波就可以了

只看该作者 · 2009-12-20 12:38

去耦电容的配置

推荐去耦电容不是一般称的滤波电容,滤波电容指电源系统用的,去藕电容则是分布在器件附近或子电路处主要用于对付器件自身或外源性噪声的特殊滤波电容,故有特称——去耦电容,去耦指“去除(噪声)耦合”之意.

1、去耦电容的一般配置原则

● 电源输入端跨接一个10~100uF的电解电容器,如果印制电路板的位置允许,采用100uF以上的电解电容器的抗干扰效果会更好.

● 为每个集成电路芯片配置一个0.01uF的陶瓷电容器.如遇到印制电路板空间小而装不下时,可每4~10个芯片配置一个1~10uF钽电解电容器,这种器件的高频阻抗特别小,在500kHz~20MHz范围内阻抗小于1Ω,而且漏电流很小(0.5uA以下).

● 对于噪声能力弱、关断时电流变化大的器件和ROM、RAM等存储型器件,应在芯片的电源线(Vcc)和地线(GND)间直接接入去耦电容.

● 去耦电容的引线不能过长,特别是高频旁路电容不能带引线.

● 在印制板中有接触器、继电器、按钮等元件时．操作它们时均会产生较大火花放电,必须RC 电路来吸收放电电流.一般 R 取 1 ~ 2K,C取2.2 ~ 47UF.

● CMOS的输入阻抗很高,且易受感应,因此在使用时对不用端要接地或接正电源.

● 设计时应确定使用高频低频中频三种去耦电容,中频与低频去耦电容可根据器件与PCB功耗决定,可分别选47-1000uF和470-3300uF;高频电容计算为: C=P/V*V*F.

● 每个集成电路一个去耦电容.每个电解电容边上都要加一个小的高频旁路电容.

● 用大容量的钽电容或聚酷电容而不用电解电容作电路充放电储能电容.使用管状电时,外壳要接地.

由于大部分能量的交换也是主要集中于器件的电源和地引脚,而这些引脚又是独立的直接和地电平面相连接的.这样,电压的波动实际上主要是由于电流的不合理分布引起.但电流的分布不合理主要是由于大量的过孔和隔离带造成的.这种情况下的电压波动将主要传输和影响到器件的电源和地线引脚上.

为减小集成电路芯片电源上的电压瞬时过冲,应该为集成电路芯片添加去耦电容.这可以有效去除电源上的毛刺的影响并减少在印制板上的电源环路的辐射.

当去耦电容直接连接在集成电路的电源管腿上而不是连接在电源层上时,其平滑毛刺的效果最好.这就是为什么有一些器件插座上带有去耦电容,而有的器件要求去耦电容距器件的距离要足够的小.

2、配置电容的经验值

好的高频去耦电容可以去除高到1GHZ的高频成份.陶瓷片电容或多层陶瓷电容的高频特性较好.设计印刷线路板时,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容,提供和吸收该集成电路开门关门瞬间的充放电能;另一方面旁路掉该器件的高频噪声.

数字电路中典型的去耦电容为0.1uF的去耦电容有5nH分布电感,它的并行共振频率大约在7MHz左右,也就是说对于10MHz以下的噪声有较好的去耦作用,对 40MHz以上的噪声几乎不起作用.

1uF,10uF电容,并行共振频率在20MHz以上,去除高频率噪声的效果要好一些.在电源进入印刷板的地方放一个1uF或10uF的去高频电容往往是有利的,即使是用电池供电的系统也需要这种电容.

每10片左右的集成电路要加一片充放电电容,或称为蓄放电容,电容大小可选10uF.最好不用电解电容,电解电容是两层溥膜卷起来的,这种卷起来的结构在高频时表现为电感,最好使用胆电容或聚碳酸酝电容.去耦电容值的选取并不严格,可按C=1/f计算;即10MHz取0.1uF.

由于不论使用怎样的电源分配方案,整个系统会产生足够导致问题发生的噪声,额外的过滤措施是必需的.这一任务由旁路电容完成.一般来说,一个1uF-10uF的电容将被放在系统的电源接入端,板上每个设备的电源脚与地线脚之间应放置一个0.01uF-0.1uF的电容.旁路电容就是过滤器.放在电源接入端的大电容(约 10uF)用来过滤板子产生的低频(比如60Hz线路频率).板上工作中的设备产生的噪声会产生从100MHz到更高频率间的合共振(harmonics).每个芯片间都要放置旁路电容,这些电容比较小,大约0.1uF左右.