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#技术资源# MCU滤波电容解析 我们在用APM32单片机设计电路的PCB的时候，经常在芯片电源引脚等地方连接一些电容进行滤波，以保证芯片的稳定工作。很多老师、老工程师都说电容要用大、小电容并联，而不要只使用一个大电容，这样滤波效果更好。但是，为什么呢？背后的理论又是什么呢？究竟该选多大的电容呢？让我们来一起探讨下。 我们先简单复习一下电路中频率响应方面的知识，电容的阻抗是： Z =1/jωC，阻抗和电路中的电阻不同，此阻抗是随频率的变化而变化的，成一个反比的状态，也就是中学时代学到的通高频阻低频。 那么根据关系式，频率一定时，C越大则阻抗越小，那是否选用尽可能大的电容它的滤波效果就越好呢，答案是不对的，事实老工程师们的多个电容并联滤波也否定了我们这一推论。 这里我们就要说一下实际电容模型了，实际中，由于制作工艺、布局布线等原因，不可避免的在电容中会存在一些寄生电感（ESL）（比如铝电解电容由导体“卷”成，就是一个电感）和寄生电阻（ESR）（比如电容的内部连接引线电阻）所以，当频率高到一定程度时，我们就不能再使用理想电容模型了。
根据频响曲线可以看到，在直流或低频时，电容的自谐振频率,对电容特性本身的影响不大。但是当工作频率接近自谐振频率时，容抗会越来越小，即电容性越来越小（失去电容作用），渐渐地成为一个单纯的电阻（当工作频率在自谐振频率时）。当工作频率超过自谐振频率时，此时电容器相当于一个电感，也失去了电容作用。当电容不再是一个“电容”，这对于电容电路来说就失去了它本身的作用。所以对于自谐振频率来说，需要理解其对于电容本身的影响，这样才能避免在实际应用中“失误”。
我们用波形发生器模拟电路中的噪声，看一下在不同频率下的2.2uF电容的滤波效果。 下图为频率1HZ时波形，可见波形毫无变化。
下图为频率1kHZ时波形，可见峰峰值已经被”滤”掉了一大部分。
下图为频率100kHZ时波形，可见一个正负1v的正弦噪声已经几乎被完全滤掉。
后面我们又测试了在10M时的波形，发现其滤波效果远不如在100kHZ时。 下图为RLC串联谐振电路的频率响应曲线，fs是电容的时间自谐振频率，是由下面的公式计算的： 所以，我们想滤掉高频噪声的时候，L是无法改变的，那便使用更小的电容，则在更高频率时的阻抗更低，以实现滤高频噪声的效果。事实上，噪声的组成频率多种多种，所以要尽可能的滤除掉噪声，要将自谐振频率的范围增大，总结就是：由于ESL和ESR的存在，实际电容我们要当作RLC串联电路考虑，因此PCB的滤波电容要选取多个大小不同的并联，尽可能的提高滤波的频率。 还有一个小知识就是，我们在实际PCB布板时候，还会让小电容更加靠近最终的芯片供电引脚，这是因为导线相当于一个电感，导线越长，感值越大，因此我们就让小电容靠近要滤波的引脚，进而减小后边的导线等效电感，因为导线等效电感对小电容的滤波效果影响更大。
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