大家在電路設(shè)計(jì)當(dāng)中，在芯片供電引腳的附近一般都會(huì)放一顆很小的電容，而且大部分情況下這顆電容的值都是0.1uf，那么問題就來了，這顆電容是干什么用的？為什么是0.1uf？為什么不選容值更大的1uf或者是10uf？
這篇文章作者簡單探討一下這兩個(gè)問題。
我們知道電容的作用是濾波，根據(jù)這個(gè)公式 ：
我們發(fā)現(xiàn)電容的濾波效果和正弦波的頻率有關(guān)系，一般來說頻率越高，電容的濾波效果也就越好，事實(shí)真的是這樣子嗎？作者實(shí)際的做一個(gè)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證，用一臺(tái)信號(hào)發(fā)生器，它最高可以產(chǎn)生頻率是150兆的正弦波，然后配合一臺(tái)帶寬為500兆的示波器，給信號(hào)發(fā)生器的輸出端接入一顆0.1uf的電容，然后讓它分別輸出振幅都是2V但是頻率不同的正弦波，然后用示波器去測量這個(gè)點(diǎn)的正弦波幅值，可以看到前面幾組數(shù)據(jù)都是符合我們認(rèn)知的，頻率越高正弦波衰減的就越厲害，但是最后一個(gè)數(shù)據(jù)就有問題了，為什么濾波效果反而變差了?
這就是文章要介紹的內(nèi)容了，事實(shí)上電容這個(gè)東西在生產(chǎn)的時(shí)候不可避免的會(huì)引入寄生電感這個(gè)參數(shù)，那根據(jù)電感的公式也可以發(fā)現(xiàn)，隨著正弦波頻率的增加，電感的阻抗也會(huì)變大，阻礙正弦波流動(dòng)，也就降低了電容的濾波效果。
我們進(jìn)一步測試了不同頻率下這顆0.1uf電容的濾波效果，并制作下面圖示，橫坐標(biāo)是信號(hào)發(fā)生器輸出振弦波的頻率，縱坐標(biāo)是示波器測量到的振弦波幅值。
可以看到對(duì)于這顆0.1uf的電容來說，它對(duì)于20M左右的正弦波，濾波效果是最好的;接下來我又驗(yàn)證另外一顆1uf的電容，也測量了不同頻率下它的濾波效果。我們會(huì)發(fā)現(xiàn)對(duì)于這顆1uf的電容來說，它對(duì)于6Mhz左右的陣型波，濾波效果是最好的，同時(shí)也可以發(fā)現(xiàn)，至少在這個(gè)頻率比較高的區(qū)間里，1uf電容的濾波效果是不如0.1uf的電容好。
因?yàn)槊恳粋€(gè)電容的寄生電感這個(gè)參數(shù)都不一樣，一般來說，因?yàn)殡娙萑葜翟酱竽羌纳姼幸簿驮酱螅砸话愣际怯么箅娙萑V低頻信號(hào)，小電容去濾高頻信號(hào)，當(dāng)然有一些場景也可以用大小電容搭配著一起，這樣不同頻率的正弦波都可以被過濾掉。需要額外說明的是，哪怕都是0.1uf的電容，對(duì)于不同品牌不同型號(hào)的電容，它們的高頻特性其實(shí)也是有細(xì)微區(qū)別的，作者這次使用的兩顆國產(chǎn)芯聲電容，如果測試其他型號(hào)的電容，結(jié)果可能會(huì)不一樣。現(xiàn)在再回答一開始的第二個(gè)問題，答案就比較清楚了，為什么這顆電容是0.1uf，為什么不是1uf或者10uf，其實(shí)這并沒有特別硬性的規(guī)定。嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼f要根據(jù)當(dāng)前電路的噪聲頻率來選擇合適的電容，只是說 0.1uf的電容基本上可以滿足需求，而且性價(jià)比最高，所以大家默認(rèn)就用0.1uf的電容了。
接下來我們探討第二個(gè)問題，這顆電容是干什么用的。大家可能會(huì)好奇，這顆電容的作用不就是濾波嗎，不過這個(gè)波是從哪里來的？如果是從電源這邊來的，那一般電源的輸出端都會(huì)接入足夠多的電容，為什么還要多此一舉額外加一顆電容呢？
事實(shí)上放在這個(gè)位置的電容，它有特殊的稱呼叫做“退耦電容”。們知道芯片工作時(shí)會(huì)消耗電流，電流會(huì)從電源流出，經(jīng)過導(dǎo)線進(jìn)入到芯片，而這個(gè)電流的大小，在大部分情況下并不是一個(gè)恒定值，它會(huì)隨著芯片不同的工作狀態(tài)有起起伏伏的波動(dòng)，在這根導(dǎo)線以及芯片的內(nèi)部，它是有寄生電感和寄生電阻的，那當(dāng)變化的電流流過時(shí)，即便是原本非常干凈的電壓波形，它也會(huì)變得躁動(dòng)起來，上面會(huì)疊加很多的電壓波動(dòng)，
顯然大家不希望看到這種電壓的波動(dòng)，一方面它會(huì)影響到芯片本身的工作，另一方面它還會(huì)讓整個(gè)電源變得很臟，影響到其他芯片的工作。所以就需要一顆電容來過濾掉這種電壓的波動(dòng)，消除它對(duì)整個(gè)電路產(chǎn)生的影響。
那退耦這個(gè)詞中的耦，就是指耦合的意思，指的是電路中的兩個(gè)元器件相互影響，那既然這顆電容的存在，消除了元器件的相互影響，所以那就叫做退耦了。
作者：工科男孫老師
文章整理：旗耘智迅PCB
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