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

 

1.1 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

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。)

 

1.2 有源器件在开关时产生的高频开关噪声将沿电源线传播。

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)。

 

我们经常可以在电源和地之间看见去耦电容,它有三个方面的作用:

 

1. 集成电路的蓄能电容;

 

2. 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;

 

3. 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从电路来说,总是存在驱动的源和被驱动的负载。如果负载电容比较大,驱动电路要把电容充电、放电,才能完成信号的跳变,在上升沿比较陡峭的时候,电流比较大,这样驱动的电流就会吸收很大的电源电流,由于电路中的电感,电阻(特别是芯片管脚上的电感,会产生反弹),这种电流相对于正常情况来说实际上就是一种噪声,会影响前级的正常工作。这就是耦合。

 

去藕电容就是起到一个电池的作用,满足驱动电路电流的变化,避免相互间的耦合干扰。

 

旁路电容实际也是去藕合的,只是旁路电容一般是指高频旁路,也就是给高频的开关噪声提高一条低阻抗泄防途径。高频旁路电容一般比较小,根据谐振频率一般是 0.1μF,0.01μF 等,而去耦合电容一般比较大,是 10μF 或者更大,依据电路中分布参数,以及驱动电流的变化大小来确定。

 

去耦和旁路都可以看作滤波。去耦电容相当于电池,避免由于电流的突变而使

 

电压下降,相当于滤纹波。具体容值可以根据电流的大小、期望的纹波大小、作用时间的大小来计算。去耦电容一般都很大,对更高频率的噪声,基本无效。旁路电容就是针对高频来的,也就是利用了电容的频率阻抗特性。电容一般都可以看成一个 RLC 串联模型。在某个频率,会发生谐振,此时电容的阻抗就等于其 ESR。如果看电容的频率阻抗曲线图,就会发现一般都是一个 V 形的曲线。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。

 

去耦电容在集成电路电源和地之间的有两个作用:一方面是本集成电路的蓄能电容,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值是 0.1μF。这个电容的分布电感的典型值是 5μH。0.1μF 的去耦电容有 5μH 的分布电感,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效果,对 40MHz 以上的噪声几乎不起作用。1μF、10μF 的电容,并行共振频率在 20MHz 以上,去除高频噪声的效果要好一些。每 10 片左右集成电路要加一片充放电电容,或 1 个蓄能电容,可选 10μF 左右。最好不用电解电容,电解电容是两层薄膜卷起来的,这种卷起来的结构在高频时表现为电感。要使用钽电容或聚碳酸酯电容。去耦电容的选用并不严格,可按 C=1/F,即 10MHz 取 0.1μF,100MHz 取 0.01μF。