前言

關(guān)于電容，經(jīng)常聽到的一個(gè)名詞就是“去耦”，也有聽過(guò)“旁路”的說(shuō)法，個(gè)人覺(jué)得沒(méi)必要太糾結(jié)這兩個(gè)的區(qū)別，簡(jiǎn)單點(diǎn)來(lái)說(shuō)，去耦側(cè)重于既隔離開電源->IC的干擾，又隔離開IC->電源的干擾，旁路主要側(cè)重隔離開電源->IC的干擾。

關(guān)于去耦電容容值的問(wèn)題，很多硬件工程師常說(shuō)無(wú)腦放100nF就夠了，沒(méi)出過(guò)問(wèn)題，仿佛100nF去耦電容成了萬(wàn)能藥，原因其實(shí)是當(dāng)電路的時(shí)鐘速度較低或者電路的噪聲容限較高時(shí)，對(duì)去耦電路的要求不高所以一般不會(huì)出問(wèn)題。然而，當(dāng)涉及到具有高時(shí)鐘速度、產(chǎn)生大量噪聲或?qū)υ肼暦浅Ｃ舾械募呻娐罚↖C）時(shí)，IC自身會(huì)對(duì)電源線上的波動(dòng)更為敏感，或者它們自身可能會(huì)產(chǎn)生更多的噪聲，此時(shí)去耦電路的設(shè)計(jì)選型就需要慎重。

這種更復(fù)雜的去耦電路可能包括多個(gè)不同類型和大小的旁路電容器，以及其他的濾波器和電源噪聲抑制技術(shù)。設(shè)計(jì)這樣的去耦電路需要考慮到IC的工作特性、電源線上的噪聲頻譜以及電路的布局和連接方式等因素，以確保有效地降低噪聲并提供穩(wěn)定的電源給IC。

實(shí)例分析

1.確定芯片的最大瞬態(tài)電流

基于C-MOS的數(shù)字IC里面會(huì)有很多門電路，當(dāng)這些門電路在進(jìn)行開或關(guān)切換時(shí)，MOS的柵極會(huì)有電流充放電，VDD和GND之間也會(huì)存在短暫的直通電流，電流急劇變化會(huì)造成電源電壓變化，因此首先要確定芯片的最大瞬態(tài)電流。

但是大家肯定發(fā)現(xiàn)了，一般IC手冊(cè)里不給這個(gè)參數(shù)啊，那咋辦？大公司的硬件工程師這個(gè)時(shí)候可以找原廠去要，小公司的硬件工程師那就只能估算了，手冊(cè)中一般會(huì)給出芯片工作的最大電流，這個(gè)最大電流里有多少是瞬態(tài)電流呢？我們不知道，那就常規(guī)做法按50%去估計(jì)。

2.評(píng)估被去耦I(lǐng)C能接受的電源電壓波動(dòng)容限，也就是電壓紋波

也就是你選的這款I(lǐng)C如果是3.3V電壓供電，它能接受多少的電壓波動(dòng)能夠穩(wěn)定工作呢？需要查閱對(duì)應(yīng)的IC手冊(cè)，需要注意的是如果某個(gè)IC允許10%的電壓波動(dòng)，導(dǎo)致電壓波動(dòng)的因素會(huì)有很多，比如穩(wěn)壓電源的精度3%，噪聲2%。所以你得把這些都減掉，剩下5%的才是留給瞬態(tài)電流導(dǎo)致的電壓紋波的。

3.基于芯片的最大瞬態(tài)電流和電源電壓波動(dòng)容限計(jì)算電源網(wǎng)絡(luò)的阻抗的上限值

Z=ΔV/I，Z是我們的設(shè)計(jì)目標(biāo)阻抗。

4.確定去耦的頻率范圍

板級(jí)電源分配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的頻率范圍約從100kHz到100MHz，不同的產(chǎn)品需求不一樣，需要根據(jù)自己的需求來(lái)定?；蛘吣憧梢愿鶕?jù)自己產(chǎn)品的MCU時(shí)鐘頻率來(lái)估算也可以，也就是5倍的時(shí)鐘頻率，為什么是5倍呢？這里不展開了，篇幅太多，以后講到高速再細(xì)說(shuō)，感興趣的老鐵可以自己先查查。

5.基于以下公式計(jì)算電容容值

C=1/2*π*f*Z

6.基于回路中的等效電感校核當(dāng)前選型的電容是否符合

實(shí)例說(shuō)明

IC是3.3V供電，設(shè)計(jì)可接受的瞬態(tài)電流導(dǎo)致的電壓紋波5%，最大瞬態(tài)電流100mA，去耦的頻率范圍100kHz~100MHz。

1. 首先計(jì)算一下目標(biāo)阻抗：

Z=3.3*5%/0.1=1.65Ω

2. 100kHz時(shí)，目標(biāo)阻抗計(jì)算對(duì)應(yīng)的電容容值如下：

C=1/2*3.14*100*1.65≈1uF

3. 1uF的電容夠了嗎？夠不夠得通過(guò)計(jì)算來(lái)說(shuō)明

因?yàn)殡娙菰诔洚?dāng)去耦的角色時(shí)，電容到IC之間會(huì)有走線，過(guò)孔，再疊加電容自身的ESL，從而影響電容的等效諧振頻率點(diǎn)，電容自身的ESL可以通過(guò)手冊(cè)查，板上走線的等效電感，過(guò)孔的等效電感都應(yīng)對(duì)應(yīng)的計(jì)算公式，這里也不展開了，通過(guò)以上分析我們可以計(jì)算得到電感到IC之間的環(huán)路電感L，假定是1nH，那么我們就能計(jì)算得到這個(gè)電容能起作用的最大有效頻率點(diǎn)：

f=1.65Ω/2*3.14*1nH≈262MHz

這就說(shuō)明了目前的設(shè)計(jì)是可以滿足要求的，當(dāng)然了如果計(jì)算出來(lái)的f小于100MHz，那么我們就需要采用并聯(lián)電容的方法，通過(guò)減小ESL來(lái)提高f。